DE9016333U1

DE9016333U1 - Flexibles Leitungselement für Abgasleitungen von Verbrennungsmotoren bei Kraftfahrzeugen

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Publication number: DE9016333U1
Application number: DE9016333U
Authority: DE
Original assignee: Witzenmann GmbH
Current assignee: Witzenmann GmbH
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1991-02-21
Anticipated expiration: 2000-12-01

Description

Patentanwälte : I *?-*°^vember 1990

DIPL-ING. R. LEMCKE &Lgr; '

DR.-ING. H. J. BROMMER

BISMARCKSTRASSE 16

KARLSRUHE 1

TELEFON (07 21) 2 8778-9

TELEFAX (07 21) 21105

Flexibles Leitungselement für Abgas 1eitungen von Verbrennungsmotoren bei Kraftfahrzeugen

Die Erfindung betrifft ein flexibles Leitungselement für Abgasleitungen von Verbrennungsmotoren bei Kraftfahrzeugen mit einem schraubengängförmig oder ringgewellten Balg aus Metall und einem koaxial in diesem angeordneten, ohne Dichtungseinlage gewickelten Metallschlauch, dessen Außenquerschnitt kleiner als der lichte Innenquerschnitt des Balges ist, wobei Balg und Schlauch an ihren jeweils gemeinsamen Enden zu einer Anschlußverbindung für eine weitergehende Rohrleitung vereinigt sind.

Ein derartiges Leitungselement ist beispielshalber durch die DE-OS 37 08 415 bekannt. Es wird in der

Regel als Zwischenstück in die im übrigen starre Abgasleitung eingebaut, um Bewegungen und Schwingungen aufzunehmen und von der Weiterleitung an benachbarte Bauteile abzukoppeln, wie sie durch die elastische Lagerung der Antriebsmaschine, Erschütterungen des Fahrzeuges, temperatur änderungsbedingte Längen änderungen etc. entstehen. Dabei gilt neben der Eigenschaft der Flexibilität die Aufmerksamkeit der Frage der Wärmedämmung, der Schal 1absorbtion und der Dichtheit gegen Austritt von Abgasen, insbesondere in Verbindung mit Katalysatorfahrzeugen und verschärften Bestimmungen hinsichtlich Schall- und Abgasemission.

Bei den bekannten Leitungselementen ist es nun so, daß mit den beiden Enden des Balges im wesentlichen zylindrische Anschlußstücke in Form von Hülsen oder Stutzen gasdicht durch Schweißen verbunden sind, in deren dem Balg abgewandten freien Ende das jeweilige Ende des Metallschlauches durch Schweißen festgelegt ist. Diese Konstruktion führt zu je einer Schweißnaht an den beiden Balgenden zu deren Verbindung mit den Anschlußstücken sowie einer weiteren Schweißnaht an jedem Ende des Metallschlauches zu dessen Verbindung mit dem jeweiligen Anschlußstück, wobei außerdem die Notwendigkeit der Anschlußstücke als solche auftritt. Damit ist insgesamt die bekannte Konstruktion aufwendig, in der Herstellung teuer und mit zahlreichen Einzelteilen zur Schaffung der Anschlußverbindung behaftet.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Leitungselement der eingangs genannten Art einfacher und fertigungsgünstiger zu gestalten, damit dessen Gestehungskosten herabzusetzen und auch die Lebensdauer im Be-

trieb zu erhöhen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Balg mit zylindrischen Balganschlußenden versehen ist, deren Innendurchmesser kleiner als der lichte Innenquerschnitt des Balges ist und daß der mit seinem Außenquerschnitt im wesentlichen dem Innenquerschnitt der Balganschlußenden entsprechende Metallschlauch an seinen innerhalb der Balganschlußenden gelegenen und mit diesen bündig abschließenden Endstücken unter Zusammendrücken des Schlauchprofils und Ausgleich der Toleranzen gegenüber dem Innenquerschnitt der Balganschlußenden radial aufgeweitet ist. Dabei ist es vorteilhaft, daß auf die Balganschlußenden je ein zylindrisches Stützteil von außen aufgesetzt, mit dem zugeordneten Balganschlußende sowie Endstück des Metal 1 sch!auches radial verpreßt und mit Balganschlußende über den Umfang mehrfach durch Anheften verbunden ist.

Durch diese Bauform ist grundsätzlich die Notwendigkeit von Anschlußstücken in Form von Hülsen oder Stutzen, wie sie im bekannten Falle gegeben war, beseitigt. Vielmehr sitzen nun die Enden des Balges einerseits und des Metallschlauches andererseits im Ergebnis spielfrei bündig ineinander und sind radial zu einem Verbund gepreßt, der stirnseits eine genügend massive bzw. dichte Abschlußkante bildet, um ohne Probleme an dieser Stirnseite mit dem jeweils weiterführenden Leitungsrohr verschweißt zu werden. Dabei kann dieses Ergebnis durch das ggf. vorhandene Stützteil weiter verbessert werden.

Die an sich nicht übliche und damit auch noch nicht bekannte Ausbildung des Balges mit Anschlußenden, deren Innendurchmesser kleiner als der lichte Innenquerschnitt des Balges ist, gibt dabei die Möglichkeit, den Metallschlauch mit einem Außendurchmesser zu fertigen bzw. vorzusehen, der in eingebautem Zustand keine Berührung mit den Innenkrempen der Wellen des Metallbalges hat, so daß hier verschleißbringende Berührungen bzw. gegenseitige Scheuerbewegungen nicht in Frage kommen bzw. auftreten können.

Andererseits liefert die an den Enden erfolgte radiale Aufweitung des Metallschlauches die Möglichkeit des spielfreien Sitzes der Metallschlauchenden innerhalb der Balganschlußenden. Dabei ist diese radial Aufweitung des Metal 1schlauches nicht größer als das Maß, um das sich der Metallschlauch beim Zusammenquetschen seiner Profilierung bezüglich der Gesamtwandstärke verkleinern läßt einschließlich der Überwindung der geringen Toleranz zwischen Außendurchmesser des Metal 1schlauches und Innendurchmesser der Balganschlußenden, die erforderlich ist, um den Metallschlauch bei der Fertigung problemlos in den Balg einsetzen zu können.

Die Tatsache, daß der Balg im erfindungsgemäßen Falle einstückig, das heißt nahtlos in die aus seinem Material gebildeten Balganschlußenden übergeht, führt dazu, daß an den beiden Enden keine durch eine Schweißnaht oder dergleichen bedingten

Spannungszonen auftreten können. Vielmehr ist die als flexibles Teil zur Verfügung stehende Länge des Balges auf ein Maximum gesteigert, wobei die Ausbildung der beiden Anschlußenden aus dem an sich dünnwandigen Balgmaterial auch dazu führt, daß das aus Metallschlauch, Balganschlußenden und ggf. Stützteilen gebildete Abschlußende des erfindungsgemäßen Leitungselementes hinsichtlich seiner insgesamten radialen Wandstärke vergleichsweise dünnwandig ausgebildet ist.

Dadurch, daß die Enden des Metallschlauches in den Balganschlußenden durch radiale Aufweitung festgelegt sind, erübrigen sich Distanzringe zwischen den Ende des Metal 1schlauches und den Balganschlußenden, wie Sie normalerweise zur Überwindung der erwähnten Toleranz zwischen diesen beiden Teilen erforderlich wäre.

Durch die radiale Aufweitung der Metal 1schlauchenden innerhalb der Balganschlußenden ergibt sich außerdem am Ende der jeweiligen radialen Aufweitung ein umlaufender Anschlag im inneren des Metallschlauches, der als Einsteckgrenze für eine weiterführende Rohrleitung gerade auch bei einer automatischen oder automatisierten Fertigung dienen kann, wobei dann auf diesem jeweils eingesteckten Rohr die Stirnkante des erfindungsgemäßen Leitungselementes festgeschweißt werden kann.

Was die Ausbildung des auf den Balganschlußenden aufgesetzten Stützteiles betrifft, so kann dies

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ein an mehreren Stellen beispielsweise durch Punktschweißen festgelegtes Band sein. Zweckmäßig erscheint es jedoch, das Stützteil als zylindrischen Stützring auszubilden, der sich durch geeignete Werkzeuge beim Verpressen des Anschlußendes im Durchmesser reduzieren läßt. Anschließend kann dann beispielsweise durch Punktschweißen eine Arretierung auf den Balganschlußenden stattfinden, damit der Stützring nicht bei der weiteren Handhabung unbeabsichtigt abrutschen und verloren werden kann.

Was die radiale Verpressung zwischen Balganschlußende, Endstück des Metal 1schlauches und Stützteil betrifft, so kann diese, wie bereits angedeutet, durch radial Querschnittsverminderung des Stützteiles gegeben sein. Gleichermaßen ist es aber selbstverständlich auch möglich, mit der Formänderung des Stützteiles oder auch überhaupt für das Verpressen nur eine Aufweitung der Metallschlauchenden in der erfindungsgemäßen Weise vorzunehmen. Dabei erscheint nur wesentlich, daß nach Möglichkeit an dem Querschnitt der Balganschlußenden keine größeren Änderungen vorgenommen werden, da der Balg üblicherweise aus dünnwandigem Material hergestellt ist und dementsprechend die Balganschlußenden auch von der zur Verfugung stehenden MateriaImenge nicht besonders für nennenswerte Querschnitts änderungen geeignet sind.

Als Vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes hat sich eine Bauform erwiesen, die dadurch

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charakterisiert ist, daß die Endstücke des Metallschlauches bezüglich deren radiale Aufweitung bei axial gestauchtem Zustand des Metallschlauches vor dessen Einsetzen in den Balg vorgepreßt sind. Diese Bauform führt zu einer besonders kompakten und stabilen Ausbildung der Metal 1 sch!auchenden , die somit auch hinsichtlich der Anbringung der Schweißverbindung gegenüber einer weiterführenden Rohrleitung eine besondere Tragfunktion übernehmen können, wobei gleichzeitig eine gute Abstützwirkung für die Balganschlußenden gegenüber dem von außen aufgesetzten Stützteil gegeben ist, also bei dem Verpressen der Enden des erfindungsgemäßen Leitungselemente sehr kompakte und damit definierbare Verhältnisse vorliegen.

Wie bereits gesagt, kann die erwähnte Aufweitung der Metal 1schlauchenden bei gestauchtem Zustand des Metallschlauches vor dem Einsetzen in den Balg stattfinden. Selbstverständlich ist es aber auch denkbar, beispielsweise den Metallschlauch in den Balg einzusetzen und dann den Metallschlauch zusammen mit dem Balg axial zusammenzudrücken, um schließlich an den jeweils ineinandersteckenden Enden die Querschnitts änderungen sowie das Zusammenpressen des Metallschlauchquerschnittes und schließlich das Aufpressen des Stützteiles vorzunehmen. Die in diesem Zusammenhang als erstes erwähnte Lösungsmöglichkeit einer Vorfertigung des Metallschlauches erscheint jedoch im Augenblick zweckmäßiger. Dabei kann, und das gilt generell für alle erfindungsgemäßen Bauformen, für den Metallschlauch eine Länge vorgesehen sein, die ihm im endgültig eingebauten Zustand eine solche zusammengeschobene Anordnung verleiht, daß er eine gewünschte Schwingungsdämpfung bewirkt und/oder die axiale Verkürzung des insgesamten Leitungselementes durch dabei eintretende Blocklage des Metal 1schlauches begrenzt.

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Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, daß die verpreßten bzw. vorverpreßten Endstücke des Metallschlauches eine größere axiale Länge als die Balganschlußenden aufweisen, weil dadurch der Balg im Übergangsbereich zwischen Balgenden und Balganschlußenden besonders geschont wird.

Was diesen Übergangsbereich des Balges zu den Balganschlußenden betrifft, so erscheint es vorteilhaft, daß dieser übergang in einer zwischen Außendurchmesser des Balges und Innendurchmesser der Balganschlußenden abgestuften Form ausgebildet ist. Dabei kann der übergang eine im Außendurchmesser reduzierte, endständige Balgwelle aufweisen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, daß der übergang ausgehend von der endständigen Balgwelle, die eventuell im Außendurchmesser reduziert ist, eine in Radialrichtung stufenförmige abgesetzte Ausbildung der Balganschlußenden aufweist.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform anhand der Zeichnung, die in Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Leitungselement in Seitenansicht, zur Hälfte axial geschnitten, und in den Fig. 2 bis 4 die vergrößerten Einzelansichten II bis IV gemäß Fig. 1 zeigt.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, besteht das insgesamt mit 1 bezeichnete Leitungselement aus einem schrauben- oder ringförmig gewellten Metallbalg 2 mit zylindrischen Balganschlußenden 3, deren Innendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser der nach innen ragenden Balgwellen 4 ist.

In den Balg 2 ist ein schraubengangförmig gewikkelter Metallschlauch, beispielsweise ein Agraffschlauch 5 eingesetzt, dessen Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser der Balganschlußenden 3 ist.

An den gemeinsamen Enden sind die Balganschlußenden 3 und die Endstücke 6 des Metallschlauches 5 in Radialrichtung miteinander verpreßt, indem die Endstücke 6 unter Zusammendrücken des Wickelprofiles des Metallschlauches 5 radial aufgeweitet sind, .wobei gleichzeitig ein eventuelles Radialspiel des Metallschlauches 5 gegenüber dem Balganschlußenden 3 überbrückt wird. Gleichzeitig sind von außen auf die Balganschlußenden 3 gesetzte Stützteile in Form von Stützringen 7 radial im Querschnitt verringert, so daß sich insgesamt im Ergebnis aus Endstücken 6, Balganschlußenden 3 und Stützringen 7 ein fest zusammengedrückter Abschlußverbund ergibt, der zum Anschweißen an eine weiterführende Rohrleitung eine genügend massive und dichte Stirnkante bietet.

Durch die radiale Aufweitung der Endstücke 6 des Metallschlauches 5 ist gleichzeitig ein "Anschlag" 8 gebildet, der den Weg bestimmen kann, über den sich eine anschließende, hier nicht dargestellte Rohrleitung in das Leitungselement einstecken läßt. Damit ist gerade im Hinblick auf eine Serienfertigung eine besonders maßhaltige Weiterverarbeitung durch Verbindung mit anschließenden Leitungselementen sichergestellt.

Wie ferner aus der Zeichnung ersichtlich ist, geht der Balg 2 am rechten Ende über eine im Außendurchmesser reduzierte, endständige Balgwelle 9 in das Balganschlußende 3 über, womit ein besonders großer Querschnittssprung und die damit einhergehenden Belastungen vermieden sind.

Den gleichen Zweck dient es, wenn auf der linken Seite der zeichnerischen Darstellung eine ebenfalls im äußeren Durchmesser reduzierte, endständige Balgwelle 10 über eine in Radi alrichtung stufenförmig abgesetzte Querschnittsform 11 in das Balganschlußende 3 übergeht.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist der Balg außen durch ein Metal 1drahtgeflecht 12 umgeben, das bei der Fertigung zwischen Balganschlußenden 3 und Stützhülsen 7 eingefangen und somit eingepreßt ist. Das Geflecht 12 bzw. der daraus gebildete Geflechtsschlauch dient bekannter Maßen der Verhinderung von unliebsamen Längenänderungen des Balges 2 unter mechanischer Beanspruchung. Außerdem dient die Umflechtung 12 dem mechanischem Schutz des Balges 2 vor Schlagbelastungen bzw. Verschmutzung sowie andererseits der Dämpfung von Resonanzschwingungen der Balgwellen.

Wie aus der Zeichnung ferner ersichtlich, sind die Endstücke 6 des Metallschlauches 5 nicht nur durch radiales Verpressen aufgeweitet. Vielmehr ist die Ausbildung der Endstücke 6 gleichzeitig in einem Zustand vorgenommen, bei dem die Windungen des Me-

ta! 1schlauches 5 axial zusammengedrückt sind. Auf diese Weise ergibt sich an den Endstücken 6 eine besonders dichte Materialpackung und damit eine hohe Stabilität.

Zur Herstellung der genannten Ausbildung kann der Metallschlauch 5 vor seinem Einsetzen in den Balg 2 bezüglich der Endstücke 6 in gestauchtem Zustand vorgefertigt sein. Andererseits besteht aber grundsätzlich genausogut die Möglichkeit, den Metallschlauch 5 in den Balg 2 einzustecken, um dann sowohl Metallschlauch 5 als auch Balg 2 axial zusammenzudrücken und dann die Aufweitung der Endstücke 6 sowie deren Verpressen mit dem Balganschlußstücken 3 und den Stützringen 7 vorzunehmen.

Schließlich ist noch darauf hinzuweisen, daß die "Anschlagkante" 8 und damit die Länge des Endstükkes 6 größer als die axiale Länge der Balganschlußenden 3 sein kann, wie dies in der Zeichnung auf der linken Seite des Metallschlauches 5 ersichtlich ist. Diese Ausbildung führt zu einer besonderen Schonung des benachbarten Endes des Balges

Die Fig. 2 bis 4 zeigen in vergrößerter Form die Einzelheiten II bis IV aus Fig. 1. Dabei lassen die Fig. 3 und 4 erkennen, daß der Balg 2 auch als mehrlagiger Balg ausgebildet sein kann. Soweit ein radialer Abstand zwischen jeweiligem Stützring 7 und

Geflechtsschlauch 12 ersichtlich ist, hat dies nur Bedeutung im Rahmen der durch die Zeichnung gegebenen Vereinfachung und soll die Dicke des Geflechtschlauches wiedergeben.

Fig. 2 zeigt noch die Mitte des Metallschlauches, wobei ersichtlich ist, daß der Metallschlauch eine soweit zusammengeschobene Lage im Einbauzustand haben kann, daß er eine erhöhte Bewegungsdämpfung liefert und andererseits auch das Maß der axialen Zusammen schiebbarkeit und damit der axialen Verkürzung des Leitungselementes bestimmen bzw. begrenzen kann.

Claims

Patentanwälte ^:; 28. November 1990

DIPL.-ING. R. LEMCKE ¹4 939

DR.-ING. H. J. BROMMER

BISMARCKSTRASSE 16

KARLSRU HE 1

TELEFON (07 21) 2 8778-9

TELEFAX (07 21) 21105

Witze &pgr;mann GmbH

Metallschlauch-Fabrik Pforzheim östliche Karl-Friedrich-Straße 134

7530 Pforzheim

Schutzansprüche

1. Flexibles Leitungselement für Abgas 1eitungen von Verbrennungsmotoren bei Kraftfahrzeugen mit einem schraubengangförmig oder ringgewellten Balg aus Metall und einem koaxial in diesem angeordneten, ohne Dichtungseinlage gewickelten Metallschlauch, dessen Außenquerschnitt kleiner als der lichte Innenquerschnitt des Balges ist, wobei Balg und Schlauch an ihren jeweils gemeinsamen Enden zu einer Anschlußverbindung für eine weitergehende Rohrleitung vereinigt sind,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Balg (2) mit zylindrischen Balganschlußenden (3) versehen ist, deren Innendurchmesser kleiner als der lichte Innenquerschnitt des Balges ist und daß der mit seinem Außenquerschnitt im wesentlichen dem In-

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nenquerschnitt der Balganschlußenden entsprechende
Metallschlauch (5) an seinen innerhalb der Balganschlußenden gelegenen und mit diesen bündig abschließenden Endstücken (6) unter Zusammendrücken des
Schlauchprofils und Ausgleich der Toleranzen gegenüber dem Innenquerschnitt der Balganschlußenden radial aufgeweitet ist.
2. Leitungselement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß auf die Balganschlußenden je ein zylindrisches
Stützteil (7) von außen aufgesetzt, mit dem zugeordneten Balganschlußende sowie Endstück des Metallschlauches radial verpreßt und mit dem Balganschlußende über den Umfang mehrfach durch Anheften verbunden ist.
3. Leitungselement nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Stützteil als zylindrischer Stützring (7)
ausgebildet ist.
4. Leitungselement nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß die radiale Verpressung zwischen Balganschlußende (3), Endstück (6) des Metal 1schlauches (5) und Stützteil (7) durch radiale Querschnittsverminderung des Balganschlußendes und/oder des Stützteiles gegeben ist.
5. Leitungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Endstücke (6) des Metallschlauches (5) bezüglich deren radialer Aufweitung bei axial gestauchtem Zustand des Metal 1schlauches vor dessen Einsetzen in den Balg (2) vorgepreßt sind.
6. Leitungselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß die vorverpreßten Endstücke (6) des Metallschlauches (5) eine größere axiale Länge als die Balganschlußenden (3) aufweisen.
7. Leitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

daß der übergang zwischen Balg (2) und Balganschlußenden (3) in einer zwischen Außendurchmesser des Balges und Innendurchmesser der Balganschlußende abgestuften Form ausgebildet ist.
8. Leitungselement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

daß der übergang eine im Außendurchmesser reduzierte, endständige Balgwelle (9) aufweist.
9. Leitungselement nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,

daß der übergang ausgehend von der endständigen Balgwelle (10) eine in Radi al richtung stufenförmige abgesetzte Ausbildung (11) der Balganschlußenden (6) aufweist.
10. Leitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Balg (2) von einem Geflechtsschlauch (12) aus Metalldraht umgeben ist, und daß die Enden des Geflecht-

Schlauches zwischen Balganschlußenden (3) und Stützteil (7) eingepreßt bzw. durch Punktschweißen festgelegt sind.