IT9020053A1

IT9020053A1 - Collegamento articolato per tubi

Info

Publication number: IT9020053A1
Application number: IT020053A
Authority: IT
Inventors: Wieland Holzhausen
Original assignee: Iwk Regler Und Kompemsatoren Gmbh
Priority date: 1989-04-18
Filing date: 1990-04-13
Publication date: 1991-10-13
Also published as: US5090746A; BR9001815A; GB2230581B; GB2230581A; IT9020053A0; FR2645939A1; JPH0333590A; FR2645939B1; GB9006681D0; DE4009215A1; IT1239903B

Description

DESCRIZIONE

L'invenzione riguarda un collegamento articolato per tubi, il quale presenta un elemento di tenuta, per esempio, un tubo con pareti ondulate e con flangia di rinforzo a ciascuna estremità del tubo.

Il collegamento articolato è impiegato in tubi che sono destinati in particolare al trasporto di fluidi ad alte temperature, come per esempio nei tubi di scappamento per veicoli a motore. Questi tubi sono in generale di metallo, per essere resistenti alle alte temperature, nonché a notevoli vibrazioni, che vengono generate da pompe, turbine o motori, con i quali essi sono collegati. Per le marmitte di scarico per veicoli a motore devono essere previsti collegamenti, con i quali le vibrazioni dei motori vengano smorzate, in modo che esse non siano trasmesse alla marmitta di scarico, il che genererebbe rumori addizionali. Inoltre, questi collegamenti devono avere una buona tenuta e devono resistere alle considerevoli sollecitazioni meccaniche ed alle escursioni angolari, che vengono generate dai movimenti di un veicolo, per esempio, nel superamento di una traversa per la limitazione di velocità, in una curva o durante un brusco accoppiamento o una brusca frenata.

E' anche necessario montare i tubi di scappamento in modo articolato, affinchè il motore possa muoversi liberamente, perchè esso è montato su sistemi di supporto di materiale elastico.

Ε' noto unire insieme due elementi di tubi di scappamento e collegarli articolatamente, spingendo l'una nell'altra le loro estremità allargate, in modo da creare un'articolazione sferica, o collegare le loro estremità provviste di flange radiali con l'ausilio di bulloni che sono montati elasticamente, un anello di guarnizione garantendo una certa chiusura a tenuta e un collegamento ad articolazione sferica.

Le caratteristiche mediocri di questi collegamenti, per quanto riguarda lo smorzamento .delle vibrazioni o dei rumori, nonché la loro chiusura, a tenuta difettósa ne limitano l'impiego.

Per i collegamenti vengono usati anche elementi a tubo flessibile, i quali hanno pareti ondulate e un piccolo spessore di parete, il che conferisce ad essi una certa elasticità. Ciò consente un collegamento articolato flessibile, in diverse direzioni, dei tubi di scappamento, che garantisce una completa tenuta. Questo,tipo di .collegamento viene impiegato per tubi di scappamento di veicoli a motore. A causa della sua grande flessibilità, il condotto di scappamento può consentire moti disordinati, difficilmente controllabili. Inoltre, questo tipo di tubo flessibile presenta una fragilità meccanica relativamente grande, nei riguardi degli urti dall'esterno o di sollecitazioni del motore.

Per eliminare questo inconveniente, si è previsto, come descritto nel brevetto francese 2 531 914,'di applicare alle estremità dei tubi da collegare, flange di rinforzo e cuscini di filo metallico leggermente compresso nei punti di contatto fra le flange. In tal modo viene garantito un perfetto smorzamento delle vibrazioni e dei rumori. Questo collegamento ha una potenzialità eccellente, ma per effetto della sua complessità, è costoso. Perciò esso è riservato soltanto ai veicoli della classe superiore. Inoltre, le disposizioni descritte nel brevetto sopra citato presentano un campo di rotazione limitato.

La presente invenzione ha per scopo di eliminare gli inconvenienti sopra citati, prevedendo un collegamento a tenuta, che resiste ad ampie vibrazioni e smorza i rumori. Il collegamento deve essere facile da montare e da realizzare e in tal modo deve anche essere economico, nonché presentare una buona resistenza meccanica.

Lo scopo viene raggiunto per il fatto che ciascun tubo, ad una certa distanza dalla sua estremità, porta una flangia, la quale presenta due appendici di fissaggio disposte diametralmente e rivolte verso l'esterno, ciascuna delle quali è destinata ad essere collegata direttamente o indirettamente con la corrispondente appendice dell'altra flangia, in modo che sia possibile un moto di rotazione intorno ad un asse disposto ortogonalmente all'asse dei tubi.

La flangia di collegamento, simile ad un guscio parziale, dei due tubi non impedisce il moto angolare; le possibilità del moto angolare, -confrontate con quelle di flange angolate classiche, sono molto maggiori .

Un tipo di esecuzione dell'invenzione si ottiene per il fatto che sono previsti fermagli di materiale elastico, per esempio metallo, e cuscini di filo metallico, e i cuscini sono disposti fra appendici radiali corrispondenti fra loro, e le estremità dei fermagli si innestano nelle appendici delle flange in modo che le appendici vengano premute le une contro le altre con una parziale deformazione del cuscino.

Il fermaglio garantisce il collegamento delle flange tra loro, essendo sufficientemente elastico per non impedire la rotazione consentita dal suo collegamento articolato. I cuscini metallici servono come supporto per la flangia e come asse di rotazione. Essi consentono inoltre un certo smorzamento delle vibrazioni.

Preferibilmente, la parete esterna delle appendici presenta alloggiamenti, nei quali sono innestabili le estremità libere dei fermagli aperti. In tal modo viene garantita una più sicura applicazione dei fermagli.

E' vantaggioso, che gli alloggiamenti siano formati mediante imbutitura o punzonatura, per cui vengono generati elementi di posizionamento per cuscini metallici sui lati interni dei denti dei fermagli, e che ciascun cuscino metallico abbia una forma che consenta la sua inserzione e il suo posizionamento fra i due elementi di due appendici contrapposte. In tal modo, l'anello aperto e il cuscino vengono mantenuti esattamente nella posizione corretta.

Una variante di esecuzione si ottiene per il fatto che essa presenta un clip metallico, che viene formato da un fermaglio a forma di U, le estremità libere dei cui bracci sono piegate all'indietro, in modo da formare morsetti, ciascuno 'dei quali è innestabile lateralmente all'estremità di una delle due appendici contrapposte. L'impiego del clip metallico ha il vantaggio che possono essere eliminati i cuscini metallici.

Una forma di esecuzione ulteriormente perfezionata dell'invenzione, che consente un doppio collegamento articolato, viene ottenuta per il fatto che i diametri delle flange, nella direzione delle quali sono orientate le appendici, sono disposte ortogonalmente o ad angolo fra loro, e ciascuna appendice è collegata con un anello centrale, che si trova fra le due flange e serve da anello cardanico. Questo doppio collegamento articolato consente ora un moto rotativo con due gradi di libertà.

In base a ricerche si è constato che è vantaggioso che la flangia presenti, a scopo di irrigidimento, un bordo laterale ripiegato e/o nervature di rinforzo. In tal modo, la frequenza di risonanza viene elevata, e, in particolare nel settore automobilistico, può essere posta al di fuori delle frequenze di eccitazione del motore.

L'invenzione verrà, nel seguito, rappresentata e meglio chiarita con riferimento a più tipi di esecuzione di un collegamento articolato, negli acclusi disegni, che mostrano:

figura 1 una sezione longitudinale corrispondente ad una prima forma di realizzazione;

figura 2 una vista in pianta del dispositivo secondo figura 1; figura 3 una vista assiale;

figura 4 una vista in pianta di una variante di realizzazione dei dispositivi di collegamento, secondo l'invenzione;

figura 5 una vista assiale;

figura 6 una vista in pianta dei dispositivi di collegamento secondo una seconda variante di realizzazione;

figura 7 una sezione trasversale, in direzione longitudinale; e figura 8 una sezione trasversale in direzione longitudinale di un'altra forma di esecuzione.

Le figure da 1 a 3, rappresentano, ossevati in viste diverse, due tubi di scappamento 1 e 2, che con le loro estremità libere sono innestati l'uno nell'altro, e vengono collegati a tenuta con l'ausilio di un soffietto 3, che ha pareti ondulate di piccolo spessore. Ciascun tubo 1 e 2 porta ad una distanza sufficiente dalla sua estremità libera, - in modo che le estremità libere possano anche innestarsi effettivamente l'una nell'altra - una flangia metallica 4, che circonda parzialmente, come un fermaglio 4a, il soffietto 3. Le estremità libere 5a di ciascuna flangia metallica 4 sono appendici 5 contrapposte diagonalmente l'una all'altra, le quali sono orientate radialmente verso l'esterno. Ciascuna appendice 5 si estende, in posizione non caricata, parallela e a poca distanza dalla corrispondente appendice 5 dell'altra flangia 4, ed è collegata ad essa mediante un fermaglio 6 di metallo a forma di anello parziale, le cui estremità libere si innestano in alloggiamenti 7, che sono punzonati nei lati esterni non rivolti l'uno di fronte all'altro, delle appendici 5 su una diagonale comune, nella cui direzione si estendono le appendici 5 delle flange 4. Il fermaglio 6 agisce sulle appendici 5, in modo che esse vengano premute l'una contro l'altra, per cui viene provocata una parziale deformazione di un cuscino 8 di filo metallico che è disposto fra le due appendici 5, e il quale ha una forma anulare di tipo tale, da venire posizionato mediante innesto su una sporgenza 9 che è prevista a tale scopo e sporge sulla parete interna delle appendici 5, ed è prodotta dalla punzonatura degli alloggiamenti 7.

Ciascuna delle flange 4 presenta inoltre un bordo laterale 10, che è retratto, corrispondentemente ad una linea di piegamento 11, parallela al diametro suddetto.

I tubi 1 e 2 possono in tal modo ruotare intorno ad un asse che coincide con il diametro collegante i cuscini metallici 8, diagonalmente contrapposti, nella cui direzione sono orientate le due appendici 5 di ciascuna delle due flange 4.

Ciò è possibile grazie alla flessibilità del soffietto 3, che forma l'asse di articolazione del collegamento per tubi;

grazie ai bordi laterali 10, che non impediscono reciprocamente gli spostamenti singolari delle flange 4, perchè i bordi 10 sono retratti ;

grazie ai fermagli 6, che sono sufficientemente elastici per consentire questo spostamento angolare; mentre contemporaneamente il collegamento delle flange 4 resta assicurato;

e grazie ai cuscini metallici 8, che servono da supporto per la flange 4 e, inoltre, consentono un certo smorzamento delle vibrazioni.

Le figure 4 e 5 mostrano sotto angoli diversi una variante di esecuzione del collegamento articolato secondo l'invenzione. Questa variante presenta un clip metallico 12 sotto forma di forcina, ossia il clip metallico 12 presenta una parte centrale 12a, che è ripiegata a forma di U,.e le estremità dei cui bracci liberi 12b sono ripiegati all 'indietro verso l'esterno, in modo da formare morsetti. Ciascun morsetto si innesta lateralmente su una delle due appendici radiali 13 corrispondenti fra loro, essendo previsto su ciascuna appendice 13 un alloggiamento di centratura 14, per accogliere ciascun morsetto. Le altre caratteristiche di questa variante sono uguali a quelle rappresentate nelle figure da 1 a 3, e sono indicate nelle figure 4 e 5 con uguali numeri di riferimento. Con 31 sono indicate nervature di irrigidimento, che sono imbutite sulle flange a forma di semi-gusci e contribuiscono all'irrigidimento nonché ad allontanare la frequenza di risonanza del collegamento dalla frequenza del motore. Tali nervature 31 possono anche essere previste nelle altre forme di esecuzione.

Per effetto della sua flessibilità il clip 12 consente un collegamento articolato dei tubi 1 e 2, mentre contemporaneamente i cuscini 8 metallici sono superflui.

Le figure 6 e 7 mostrano, sotto angoli diversi, un altro tipo di esecuzione dell'invenzione. Secondo questo tipo di esecuzione gli assi corrispondenti ai diametri dei tubi 15 e 16 nella cui direzione si estendono le appendici radiali di ciascuna flangia 18, sono disposti ortogonali fra loro, ciascuna appendice 17 venendo collegata con un anello centrale 19, che si trova fra le flange 18 e assume il ruolo di un anello cardanico. Il collegamento avviene in modo analogo a quello mostrato nelle figure da 1 a 3, ossia mediante un fermaglio metallico aperto 20, la cui apertura si innesta sull'anello cardanico 19 e sulla parete esterna dell'appendice 17 in questione, la quale presenta alloggiamenti di centratura 21 delle estremità libere dell'anello 20. Un cuscino metallico 22 vieneìinserito fra l'anello cardanico 19 e ciascun dente di fermaglio 17. Ciascuna flangia <' >18 ha bordi laterali 23, ripiegati all'indietro di 180° che servono per irrigidimento e servono parimenti per spostare la frequenza di risonanza lontano dalle frequenze del motore. Anche i bordi 10 delle forme di esecuzione precedenti potrebbero essere ripiegati in questo modo a scopo di irrigidimento. La libertà di inclinazione dei tubi 15 e 16 in questa forma di esecuzione viene consentita intorno a due assi di rotazione diversi.

La figura 8 mostra una variante di esecuzione, secondo la quale il collegamento delle appendici radiali 24, con l'anello cardanico 25 è formato da rivetti 26, che grazie alle molle belleville 27, sono trattenuti elasticamente.

E' ovvio che l'invenzione non è limitata alle forme di esecuzione sopra descritte a titolo di esempio. Essa comprende, al contrario, tutte le variante di esecuzione basate sullo stesso principio. Non ci si scosterebbe dall'ambito dell'invenzione, quindi, se il soffietto 3 venisse sostituito da una o più lamelle, da un anello di guarnizione toroidale, o in generale da un qualsiasi dispositivo, che assicuri la chiusura a tenuta, e consenta un certo movimento angolare; i cuscini metallici possono venire sostituiti da un altro materiale che presenti un'analogo flessibilità, o anche da un materiale relativamente rigido. Essi possono eventualmente essere anche tralasciati del tutto, se la libertà di movimento viene consentita dalla forma specifica delle appendici nei punti di contatto. La parte ad U del clip metallico sopra citato potrebbe anche venire orientata radialmente; i fermagli aperti possono essere elastici o elastoplastici, ossia tali da venir deformati permanentemente al montaggio. Questi anelli, nonché i clip metallici sopra citati, possono inoltre venire eseguiti in più parti, che vengono collegate al montaggio. L'innesto dei tubi interni l'uno nell'altro, infine, non è obbligatorio. Questo innesto reciproco, che ha soltanto la funzione di proteggere l'elemento di tenuta dal contatto con gas di scarico caldi, può essere omesso oppure essere sostituito da un altro sistema di protezione. D'altro canto, i cuscini metallici nonché i clip metallici e le .flange possono presentare forme molto diverse, senza mettere in questione il principio dell'invenzione.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Collegamento articolato per tubi, il quale presenta un elemento di tenuta, per esempio un tubo con pareti ondulate e flangia di rinforzo a ciascuna estremità del tubo, caratterizzato dal fatto che ciascun tubo (1, 2) porta, ad una certa distanza dalla sua estremità, una flangia (4), la quale presenta due appendici di fissaggio (5) disposte diametralmente e orientate verso l'esterno, ciascuna delle quali è destinata ad essere collegata direttamente o indirettamente con la corrispondente appendice (5) dell'altra flangia (4), in modo che sia possibile un moto di rotazione intorno ad un asse disposto ortogonalmente all'asse dei tubi (1, 2).
2. Collegamento articolato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che sono previsti fermagli (6) di materiale elastico, per esempio metallo e cuscini (8) di filo metallico, e i cuscini (8) -sono disposti fra appendici radiali (5) corrispondenti fra loro, e le estremità dei fermagli (6) si innestano nelle appendici (5) delle flange (4) in modo che le appendici (5) vengano premute l'una contro l'altra, con pariziale deformazione del cuscino (8).
3. Collegamento articolato secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che la parete esterna delle appendici (5) presenta alloggiamenti (7), nei quali sono innestabili le estremità libere (6a) dei fermagli aperti (6).
4. Collegamento articolato secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che gli alloggiamenti (7) sono eseguiti mediante imbutitura o punzonatura, per cui sono generati elementi di posizionamento (9) per cuscini metallici (8), sui lati interni dei denti dei fermagli (5), e che ciascun cuscino metallico (8) ha una forma che consente il suo impegnamento a innesto e il suo posizionamento, fra gli elementi (9) di due appendici (5) contrapposte.
5. Collegamento articolata secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che esso presenta un clip metallico (12), che viene formato da un fermaglio a forma di U, le estremità libere dei cui bracci (12b), sono ripiegate all'indietro, in modo da formare morsetti, ciascuno dei quali è innestatile lateralmente all'estremità di una delle due appendici contrapposte (13).
6. Collegamento articolato secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato dal fatto che i diametri delle flange (18), nella cui direzione sono orientate le appehdici (17), sono disposti ortogonali od ad angolo fra loro, e ciascuna appendice (17) è collegata con un anello centrale (19), che si trova fra le due flange (18), e serve da anello cardanico.
7. Collegamento articolato secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6, caratterizzato dal fatto che la flangia (4) presenta per irrigidimento un bordo laterale ripiegato (23) e/o nervature di rinforzo (31).
8. Collemento articolato secondo una delle rivendicazioni da 2 a 4, caratterizzato dal fatto che i fermagli (6) sono eseguiti in più parti e sono componibili al montaggio.
9. Collegamento articolato secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che i clip (12) sono eseguiti in più parti e sono componibili al montaggio.