DE20023409U1

DE20023409U1 - Leitungselement für Abgasleitungen von Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE20023409U1
Application number: DE20023409U
Authority: DE
Original assignee: Witzenmann GmbH
Current assignee: Witzenmann GmbH
Priority date: 1999-02-05
Filing date: 2000-01-28
Publication date: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2010-01-29

Abstract

Leitungselement aus Metall zur Abkopplung hochfrequenter Schwingungen bei Abgasleitungen von Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren, gekennzeichnet durch einen in die Abgasleitung eingesetzten, schraubengangförmig oder ringgewellten kurzen Balg (3, 11) hoher Steifigkeit und ein auf den gewellten Balgabschnitt kraft- oder formschlüssig aufgesetzten Gestrickemantel (7, 13), wobei der Balg (3, 11) solcherart kurz und mit hoher Steifigkeit ausgebildet ist, dass das Leitungselement Schwingungen im Bereich von 1000 Hz bis 4000 Hz abkoppelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Leitungselement aus Metall zur Abkopplung hochfrequenter Schwingungen bei Abgasleitungen von Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren.
Bei Abgasleitungen von Kraftfahrzeugen ist es bekannt, in diese ein flexibles Leitungselement in Form eines gewellten Balges als Zwischenstück einzusetzen, um Bewegungen und Schwingungen aufzunehmen und von der Weiterleitung an benachbarte Bauteile abzukoppeln. Derartige Bewegungen und Schwingungen ergeben sich von Seiten der elastisch gelagerten Antriebsmaschine, infolge von Lastwechselreaktionen im normalen Fahrbetrieb oder auch aus temperaturbedingten Längenänderungen innerhalb der Abgasleitung. Die Weiterleitung dieser Bewegungen und Schwingungen an das Fahrzeug soll so weit wie möglich unterbunden werden, an dessen Boden die Abgasleitung gegebenenfalls unter Zwischenschaltung elastischer Stützteile befestigt ist.
Diese bekannten Zwischenstücke haben eine beträchtliche Länge, um ihnen eine ausreichende Flexibilität zur Aufnahme von Relativbewegungen zwischen den an sie angrenzenden Teilen der Abgasleitung zu geben, ihre Steifigkeit insbesondere in Axialrichtung ist also vergleichsweise niedrig gehalten, um Materialermüdung und daraus resultierende Brüche im Bereich des Zwischenstückes zu verhindern. Soweit die Zwischenstücke gleichzeitig Schwingungen abkoppeln, kann dies folglich nur für Frequenzen im Bereich bis etwa 200/250 Hz gelten, da oberhalb dieses Frequenzbereiches die Zwischenstücke selbst zu Eigenschwingungen angeregt werden. Hierbei kann es dann notwendig werden, die Zwischenstücke entlang ihres gewellten Bereiches von zusätzlichen, schwingungsdämpfenden Materialien in Form metallischer Dämpfungskissen oder dergleichen zu umgeben.
Nun treten jedoch inzwischen vermehrt seitens des Antriebs verursachte hochfrequente Schwingungen auf durch die Verwendung von Abgasturboladern oder Kompressoren, die mit sehr hohen Drehzahlen laufen und durch ihre Unwuchten die hochfrequenten Schwingungen erzeugen. Darüber hinaus werden durch die Verbrennungsvorgänge verbunden mit dem Öffnen der Auslassventile hochfrequente Druckpulsationen im an den Motor anschließenden Abgaskrümmer sowie der weiterführenden Abgasanlage erzeugt. Den durch diese hochfrequenten Schwingungen bzw. Druckpulsationen induzierten Körperschall vermögen die bekannten Zwischenstücke nicht zu dämpfen bzw. abzukoppeln. Vielmehr breitet sich der Körperschall in einem Frequenzbereich von 1000 Hz bis etwa 4000 Hz über die Abgasanlage aus und führt vor allem bei den Gehäusen der Katalysatoren und Schalldämpfer zur Abstrahlung von Luftschall.
Aufgabe der Erfindung ist es, für die Abgasleitung von Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren ein Leitungselement anzugeben, durch das hochfrequente Schwingungen der genannten Art abkoppelbar sind und dadurch an der Weiterleitung zum Fahrgastraum und der Erzeugung von Luftschallabstrahlung gehindert sind.
Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen in die Abgasleitung eingesetzten, schraubengangförmig oder ringgewellten kurzen Balg hoher Steifigkeit und ein auf den gewellten Balgabschnitt kraft- oder formschlüssig aufgesetzten Gestrickemantel.
Ein solches erfindungsgemäßes Leitungselement, das zusätzlich zu dem eingangs diskutierten Zwischenstück in die Abgasleitung einzusetzen ist, hat die Wirkung, dass nunmehr auch hochfrequente Schwingungen gesondert abgekoppelt werden können, wie sie insbesondere durch den Betrieb und die Unwuchten von Abgasturboladern oder Kompressoren auftreten. Dabei ergibt sich aus der Kürze und hohen Steifigkeit des verwendeten Balges, dass die Abgasleitung in dessen Bereich keiner zusätzlichen Aufhängung oder Abstützung bedarf, da das Balgelement von sich aus die angrenzenden Teile der Abgasleitung tragen kann.
Durch das erfindungsgemäße Bauteil ergibt sich nun aber auch die Möglichkeit, weniger gut ausgewuchtete Turbolader oder Kompressoren zu verwenden, sodass die teilweise erheblich unternommenen Anstrengungen für ein möglichst gutes Auswuchten dieser Lader und die damit verbundenen Kosten deutlich reduziert werden können.
Die Wellenzahl des Balges kann erfindungsgemäß auf einen Bereich von zwei bis sieben Wellen liegen, wobei vorteilhafterweise eine Wellenzahl von drei bis fünf Wellen Verwendung findet. Außerdem hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Gesamtwandstärke des Balges im Bereich von 0,7 bis 1,6 mm, bevorzugt im Bereich von 0,9 bis 1,2 mm zu wählen.
Das erfindungsgemäße Leitungselement kann mit wenigstens einer der weiterführenden Teile der Abgasleitung verschweißt sein, wozu es zweckmäßigerweise auf wenigstens einer Seite ein einstückig angeformtes, zylindrisches Anschlussende aufweist. Gerade motorseitig kann jedoch auch eine ansich bekannte Klemmverbindung vorteilhaft sein, mit der dann gleichzeitig eine Trennstelle zwischen Abgasanlage und Turbolader bzw. Krümmer erreicht wird.
Um dem Balg eine erhöhte innere Dämpfung zu geben, kann vorgesehen sein, dass der Balg mehrwandig ausgebildet ist, wobei eine drei- oder vierwandige Ausbildung vorteilhaft ist, die die innere Dämpfung aus der gegenseitigen Reibung der einzelnen Wandlagen ergibt. Zusätzlich kann dann auch noch vorgesehen sein, die Wandlagen des Balges aus unterschiedlichen Materialien herzustellen, um die Dämpfungseigenschaften eines jeweiligen Materials zu nutzen. Wesentlich ist dabei nur die Beachtung der Forderung danach, dass das Bauteil die notwendige Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit hinsichtlich von innen und außen einwirkender Einflüsse hat.
Was die Steifigkeit des Balges betrifft, so ist es zweckmäßig, die Ausbildung insgesamt so zu gestalten, dass der Balg einer Axialsteifigkeit im Bereich von 1 KN/mm aufweist.
Der schwingungsdämpfende Gestrickemantel kann mehrlagig bzw. als hohlzylindrisches Gestrickekissen ausgebildet sein, wobei vorgesehen sein kann, dass die Bohrungswandung des Gestrickemantels ein der Form der Wellenberge des Balges angepasste Profilierung aufweist. Diese den gegenseitigen Formschluss unterstützende Profilierung kann bei der Herstellung des Gestrickemantels aufgeprägt werden, wonach sich der Gestrickemantel vermöge seiner Elastizität trotzdem noch auf den Balg aufschieben lässt. Die radiale Dicke des Gestrickemantels bzw. des Gestrickekissens kann im Bereich von 2 bis 5 mm, vorzugsweise im Bereich von 2 bis 3 mm liegen. Auch hinsichtlich des Gestrickemantels kann vorgesehen sein, dass dieser aus Drähten bzw. Fäden unterschiedlichen Materials besteht, wobei die Kombination von Drähten aus temperatur- und korrosionsfestem Stahl, Drähten aus Kupfer und/oder Fäden aus Glasfaser und/oder Wolfram und/oder Glasseide in Frage kommt. Zum Schutz des Gestrickemantels kann es zweckmäßig sein, diesen mit einer festen Umhüllung zu umgeben, beispielsweise aus einem Drahtgeflecht oder in Form eines Mantels aus dünnem Blech.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Balg ausgehend von seinem motornäheren Ende ein gegenüber den Innenwellen des Balges berührungsloses Innenschutzrohr aus temperatur- und korrosionsbeständigem Material aufweist, um in ansich bekannter Weise einen glatten Abgasstrom und einen Temperaturschutz für den Balg zu erreichen.
Es wurde bereits erwähnt, dass das erfindungsgemäße Leitungselement zusätzlich zu dem bekannten flexiblen Zwischenstück vorgesehen werden kann. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, das erfindungsgemäße Leitungselement in größtmöglicher Motornähe innerhalb der Abgasleitung, also in Strömungsrichtung des Abgases gesehen vor dem flexiblen Zwischenstück anzuordnen, bei Anwendung eines Turboladers also unmittelbar hinter dem Turbolader.
Weitere erfindungswesentliche Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen, die auf der Zeichnung dargestellt ist. In der Zeichnung zeigen:
1 ein Leitungselement, teilweise im Längsschnitt, und
2 eine Abwandlung des Leitungselementes gemäß 1.
1 zeigt ein insgesamt mit der Ziffer 1 versehenes Leitungselement für Abgasleitungen von Kraftfahrzeugen, das vom Abgas in Richtung des Pfeiles 2 durchströmt wird.
Das in Axialrichtung kurze Leitungselement besteht im Wesentlichen aus einem Metallbalg 3 aus temperatur- und korrosionsbeständigem Material mit fünf axial nebeneinander sitzenden Ringwellen 4, wobei die äußeren Ringwellen 4 in einstückig angeformte hohlzylindrische Anschlussstutzen 5, 6 übergehen. Über die freien Enden dieser Anschlussstutzen 5, 6 kann das Leitungselement 1 mit den weiterführenden Teilen der nicht dargestellten Abgasleitung verschweißt sein.
Auf die Wellen 4 des Balges 3 ist ein Gestrickemantel 7 aufgesetzt, dessen Innenquerschnitt so knapp bemessen ist, dass er mit den radial außen liegenden Bergen der Wellen 4 in kraft- und formschlüssige Verbindung tritt, wobei das Material des Gestrickemantels 7 zwischen den Bergen der Wellen 4 etwas nach radial innen ragt. Um diesen Formschluss noch zu unterstützen, kann der Gestrickemantel 7 bei der Vorfertigung auf der Innenseite mit einer entsprechenden wellenförmigen Einprägung versehen sein, was vermöge der Elastizität des Gestrickemantels 7 seine Montage auf dem Balg durch Aufschieben nicht hindert.
Durch innere Reibung des den Gestrickemantel bildenden Drahtmaterials, durch Reibung zwischen Balg 3 und Gestrickemantel 7 sowie die elastischen Bewegungen der Wellen 4 des Balges 3 gegeneinander ist das dargestellte Leitungselement in der Lage, hochfrequente Schwingungen an der Fortpflanzung zu hindern, also gegenüber dem stromabwärts liegenden Teil der Abgasanlage abzukoppeln. Um diese Dämpfungswirkung noch zu erhöhen, kann es zweckmäßig sein, den Balg 3 mehrwandig bzw. mehrlagig auszubilden, sodass auch durch Reibung zwischen den einzelnen Balglagen eine Dämpfungswirkung eintritt, wobei diese Dämpfungswirkung zusätzlich durch die Wahl des Materials für die einzelnen Balglagen beeinflusst werden kann. Gleichermaßen kann für den Gestrickemantel 7 die Mischung unterschiedlichen Draht- und Fadenmaterials vorgesehen werden.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist in den Balg 3 noch ein sogenanntes Innenschutzrohr 8 eingesetzt, das auf der Abgaszustrittsseite mit einer radialen Aufweitung 9 innerhalb des dortigen Anschlussstutzens 5 beispielsweise durch Schweißen festgelegt ist und das im Übrigen aber soviel radialen Abstand von den Balgwellen hat, dass es mit diesen nicht in Berührung treten kann. Dieses Innenschutzrohr 8 glättet den Abgasstrom und bildet im Übrigen für den Balg 3 einen Schutz gegen die hohen Abgastemperaturen.
2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des Gegenstandes gemäß 1 mit einem insgesamt mit der Ziffer 10 versehenen Leitungselement, das vom Abgas wiederum in Richtung des Pfeiles 2 durchströmt wird.
Das Leitungselement besteht im wesentlichen aus einem Metallbalg 11, der hier nur drei Ringwellen 12 aufweist. Auf die Wellen 12 des Balges 11 ist wiederum ein Gestrickemantel 13 der bereits beschriebenen Art aufgesetzt, weshalb insoweit auf die Beschreibung des Gegenstandes gemäß 1 verwiesen wird.
Gemäß 2 weist jedoch der Balg 11 einstückig angeformt ein zylindrisches Anschlußende 14 auf, das endständig mit einer konischen Aufbördelung 15 versehen ist. Andererseits hat das weiterführende Leitungsteil 16 entständig einen umlaufenden Anschlußwulst 17, der eine zur Aufbördelung 15 passende, konische Abschlußfläche aufweist. Mit Hilfe einer Spannschelle 18 mit im wesentlichen V-förmigem Querschnitt sind Aufbördelung 15 und Wulst 17 gasdicht miteinander verspannt.
Am anderen Ende des Balges 11 ist ähnlich zur Ausführungsform gemäß 1 einstückig angeformt ein hohlzylindrischer Anschlußstutzen 19 vorhanden, der endständig etwas aufgeweitet ist, so daß das weiterführende Leitungsteil 20 in die Aufweitung eingesteckt und bei 21 mit dem Anschlußstutzen 19 verschweißt werden kann.
Auch die Ausführungsform gemäß 2 weist ein Innenschutzrohr 22 auf, das endständig entsprechend der Aufbördelung 15 aufgebogen und dort in die Spannverbindung mit dem Wulst 17 einbezogen ist.
Bei beiden anhand der 1 und 2 geschilderten Ausführungsformen kann in nicht dargestellter Weise der Gestrickemantel 7 bzw. 13 noch von einer festen Umhüllung umgeben sein, die ihn vor äußerer Beeinträchtigung bzw. einer Formänderung während des Betriebes schützt. Diese Umhüllung kann durch einen Geflechts- oder Gestrickemantel gebildet sein oder auch durch wenigstens eine Bandage aus dünnem Blech, wobei das Blech auch Perforationen ähnlich wie beispielsweise bei Streckmetall aufweisen kann.

Claims

Leitungselement aus Metall zur Abkopplung hochfrequenter Schwingungen bei Abgasleitungen von Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren, gekennzeichnet durch einen in die Abgasleitung eingesetzten, schraubengangförmig oder ringgewellten kurzen Balg (3, 11) hoher Steifigkeit und ein auf den gewellten Balgabschnitt kraft- oder formschlüssig aufgesetzten Gestrickemantel (7, 13), wobei der Balg (3, 11) solcherart kurz und mit hoher Steifigkeit ausgebildet ist, dass das Leitungselement Schwingungen im Bereich von 1000 Hz bis 4000 Hz abkoppelt.
Leitungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenzahl des Balges (3, 11) im Bereich von zwei bis sieben Wellen (4, 12) liegt.
Leitungselement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtwandstärke des Balges (3, 11) im Bereich von 0,7 bis 1,6 mm liegt.
Leitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Balg (3, 11) auf wenigstens einer Seite ein einstöckig angeformtes, zylindrisches Anschlussende (5, 6, 19) aufweist.
Leitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Balg (3, 11) mehrwandig ausgebildet ist.
Leitungselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Wandlagen des Balges (3, 11) aus unterschiedlichem Material bestehen.
Leitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Balg (3, 11) eine Axialsteifigkeit im Bereich von 1 KN/mm aufweist.
Leitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gestrickemantel (7, 13) mehrlagig bzw. als hohlzylindrisches Gestrickekissen ausgebildet ist.
Leitungselement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungswandung des Gestrickemantels (7, 13) eine der Form der Wellenberge des Balges (3, 11) angepasste Profilierung aufweist.
Leitungselement nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gestrickemantel (7, 13) bzw. das Gestrickekissen eine Dicke im Bereich von 2 bis 5 mm, vorzugsweise von 2 bis 3 mm aufweist.
Leitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gestrickemantel (7, 13) aus Drähten bzw. Fäden unterschiedlichen Materials besteht.
Leitungselement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Drähten aus temperatur- und korrosionsfestem Stahl, Drähte aus Kupfer und/oder Fäden aus Glasfaser und/oder Wolfram und/oder Glasseide beigemischt sind.
Leitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Balg (3, 11) ausgehend von einem motornäheren Ende (5, 14) ein gegenüber den Innenwellen des Balges (3, 11) berührungsloses Innenschutzrohr (8, 22) aus temperatur- und korrosionsbeständigem Material aufweist.
Leitungselement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenschutzrohr (8, 22) in bzw. an dem zugeordneten Balganschlussende (5, 14) festgelegt ist.
Leitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein auf einer Seite des Balges (11) einstückig angeformtes, zylindrisches Anschlußende (14) an das weiterführende Teil (16) der Abgasleitung mittels einer Klemmverbindung angeschlossen ist.
Leitungselement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlußende (14) endständig zu einem konisch vom gewellten Bereich des Balges fort gerichteten, umlaufenden Bund (15) aufgebördelt ist, daß das weiterführende Teil (16) der Abgasleitung einen umlaufenden Anschlußwulst (17) mit einer passenden konischen Anlagefläche für den Bund (15) aufweist, und daß der Bund (15) durch eine Spannschelle (18) mit im wesentlichen Vförmigen Querschnitt mit dem Wulst (17) verspannt ist.
Leitungselement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gestrickemantel (7, 13) von einer festen Umhüllung umgeben ist.
Leitungselement nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung durch ein Geflecht, Gestricke, wenigstens eine Bandage aus dünnem Blech oder eine Bandage aus dünnem, perforiertem Blech gebildet ist.