WO2018077613A1 - Leitungselement aus mehreren koaxialen schläuchen - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a conduit element for exhaust gases, which can be used for example in motor vehicles for decoupling vibrations between the engine and subsequent parts of the exhaust system.
- Line elements which consists of an inner tube and a
- Outer tube consist, with at least one of the hoses is usually gas-tight.
- Further prior art can be found in DE 10 2008 001 297 A1, DE 10 201 1 053 131 A1, DE 10 2010 037 162 A1, DE 10 2015 102 258, and DE 10 2012 013946 A1. All of these documents are incorporated by reference in their entirety in this application.
- the pipe element according to the invention for exhaust pipes is characterized by the following coaxial arrangement of (at least) three hoses: an inner hose; a middle tube surrounding the inner tube; an outer tube surrounding the middle tube.
- Inner tube, middle tube and outer tube can in principle all have the same structure. They differ essentially by the different diameters, which allow the inner tube in the
- Inner diameter of the outer tube larger than the outer diameter of the middle tube.
- Hoses can be a conduit element with improved properties
- Each of the three hoses can be optimized for a specific function.
- the outer tube leads to improved thermal insulation of the
- Line element forms a balanced temperature profile and thereby adjusts a small temperature difference between the exhaust inlet side and the exhaust gas outlet side.
- the hoses of the line element are preferably
- Winding hoses especially around metallic winding hoses.
- Such winding tubes are known in various embodiments (single-layer, multi-layer, agraffförmig, with inner scales and / or outer scales, etc.).
- two or all three hoses of the line element can be gas-tight.
- the three tubes preferably the middle tube, is gas-tight.
- the other hoses may then be in relation to others
- hoses of the conduit element can be designed as a corrugated bellows, a winding bellows, or a membrane bellows. While corrugated bellows typically perform in conjunction with a stuffer operation
- Hydroforming are made of a tube, bellows and diaphragm bellows in the profile area welded, rotationally symmetric or helical corrugated elements that are either perpendicular to the axis of rotation
- a wound bellows structure can preferably be hooked in a form-fitting manner or welded in an overlapping or cohesive manner. Such elements are described for example in DE 10 2008 001 297 A1 or DE 10 201 1 053 131 A1.
- the middle tube may be formed as a corrugated bellows, a winding bellows, or a membrane bellows, whereby it provides a high flexibility with simultaneous gas-tightness.
- the outer tube is arranged with a (radial) distance to the middle tube, so that there is an annular gap between the middle tube and outer tube, this condition being fulfilled at least in an axial section of the line element.
- the resulting air gap improves the thermal insulation to the outside.
- the distance between the middle tube and outer tube is chosen so large that it does not come to a contact between the two tubes even during operation of the conduit element.
- Insulation material fabric, glass fiber or the like
- fabric fabric, glass fiber or the like
- Middle tube along its axial extent assumes.
- the wall height corresponds to the height of the hose shafts (radius difference between wave crest and wave trough).
- the distance between center hose and outer hose is typically about 5 mm.
- said distance is preferably 0.01 to 2.6 times the wall height of the center tube.
- Middle hose and outer hose made versions analog.
- middle hose or outer hose and middle hose
- middle hose can between inner tube
- Middle hose (and / or between outer hose and center hose) may be arranged a damping element.
- This may in particular be a metal knit, for example according to DE 10 2010 037 162 A1.
- Inner tube and / or the outer tube may have a non-circular cross-section.
- a tube with a non-circular cross-section in a tube with a round cross-section can be provided via a line contact for a damped vibration behavior. Further details of such embodiments may be the
- the conduit element is designed such that it at at least one, preferably at both axial ends to a predetermined
- connection diameter expires, at which the connection to an exhaust system (engine or remaining exhaust pipes) can take place.
- inner tube, middle tube and / or outer tube have a connection element at at least one of their axial ends, which allows a gas-tight transition to a connection end of the line element.
- the connecting element may be, for example, a piece of pipe, which includes a transition from the connection radius to the radius of a hose.
- Figure 1 is an enlarged view of an axial end of a
- Conduit element with a diaphragm bellows as the middle tube and a distance between the middle tube and the inner tube;
- FIG. 2 shows the line element of FIG. 1 in an axial section along its entire axial extent
- FIGS. 3-5 Modifications of the line element of FIGS. 1 and 2
- Figures 1 and 2 show an axially extending section through a conduit member 100 according to a first embodiment of the present invention.
- the conduit member 100 is characterized by a coaxial arrangement of three tubes, as follows: a radially innermost inner tube 110 (generally designated by the reference symbol “IS”); a gas-tight middle tube 120 surrounding the inner tube 110 (generally designated by the reference symbol “MS”); an outer tube 130 surrounding the center tube 120 and radially outermost (generally designated by the reference symbol "AS").
- the outer diameter of the inner tube 1 10 is smaller than that
- Inner diameter of the center tube 120 so that between the tubes an annular gap of thickness d
- the inner diameter of the outer tube 130 is larger than the outer diameter of the middle tube 120, so that between the two
- Middle tube preferably apply the following conditions for the o.g.
- M / h) are preferably greater than 0, greater than 0.01, greater than 0.05, greater than 0.1, greater than 0.5, or greater than 1, or greater than 1 .5, greater than 2.0 or greater than 2.5. Further, they are preferably smaller than 2.5, smaller than 1 .8, smaller than 1 .3, smaller than 0.9, or smaller than 0.5, or smaller than 0.1 or smaller than 0.05.
- the line element 100 can be connected to an exhaust system, has at its two axial ends in each case a terminal end E, at which it ends with a predetermined connection radius.
- the terminal end E is structurally realized in that the outer tube 130 is mounted on a first connection element 131, which rests on its inner side and then merges under step-shaped radius reduction to the connection radius of the connection end.
- Analog is the
- Middle tube 120 attached to a second connection element 121, which rests on its inner side and then merges under step-shaped increase in radius on the connection radius of the connection end, wherein it comes to rest within the first connection element 131.
- the inner tube 1 10 may be coupled in a similar manner to a connection element or be expanded in a manner not shown radially to the connection radius and bear against the second connection element 121 from the inside.
- Figure 2 shows a section over the entire axial extent of
- Conduit element 100 of Figure 1 It can be seen that in the annular gap between the inner tube 110 and the middle tube 120 two (or another number) of damping elements 15 are arranged made of metallic knit.
- FIG. 3 shows a line element 200 in which, in a modification of FIG
- FIG. 4 shows a line element 300 in which, in a modification of FIG
- Middle tube 320 touched (ie, the distance d
- FIG. 5 shows a line element 400 in which, in a modification of FIG
- the middle tube MS is formed by a bellows 420.
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Abstract
Ein Leitungselement (100) für Abgasleitungen, welches einen koaxialen Aufbau aus einem Innenschlauch (IS), einem Mittelschlauch (MS), und einem Außenschlauch (AS) aufweist. Typischerweise werden der Innenschlauch (IS) und der Außenschlauch (AS) durch Metall-Wickelschläuche und der Mittelschlauch (MS) durch einen gasdichten Membranbalg oder Wellbalg gebildet. Vorzugsweise besteht zwischen Mittelschlauch (MS) und Außenschlauch (AS) ein Abstand (dAM), so dass sich diese Schläuche nicht berühren.
Description
WESTFALIA Metallschlauchtechnik GmbH & Co. KG
Am Schwanenweiher 1
57271 Hilchenbach
Leitungselement aus mehreren koaxialen Schläuchen
Die Erfindung betrifft ein Leitungselement für Abgase, das beispielsweise in Kraftfahrzeugen zur Entkopplung von Schwingungen zwischen dem Motor und nachfolgenden Teilen des Abgassystems eingesetzt werden kann.
Aus der DE 20 2015 104 177 U1 sind verschiedene Ausführungsform von
Leitungselementen bekannt, welche aus einem Innenschlauch und einem
Außenschlauch bestehen, wobei in der Regel mindestens einer der Schläuche gasdicht ist. Weiterer Stand der Technik findet sich in der DE 10 2008 001 297 A1 , DE 10 201 1 053 131 A1 , DE 10 2010 037 162 A1 , DE 10 2015 102 258, und DE 10 2012 013946 A1 . Alle genannten Dokumente werden durch Bezugnahme vollständig in vorliegende Anmeldung aufgenommen.
Vor diesem Hintergrund war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
Leitungselemente mit verbesserten Nutzungseigenschaften bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Leitungselement nach Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
Das erfindungsgemäße Leitungselement für Abgasleitungen ist durch die folgende koaxiale Anordnung von (mindestens) drei Schläuchen gekennzeichnet: einem Innenschlauch; einem den Innenschlauch umgebenden Mittelschlauch; einem den Mittelschlauch umgebenden Außenschlauch.
Innenschlauch, Mittelschlauch und Außenschlauch können im Prinzip alle denselben Aufbau haben. Sie unterscheiden sich im Wesentlichen durch die verschiedenen Durchmesser, welche es erlauben, den Innenschlauch im
Mittelschlauch sowie den Mittelschlauch im Außenschlauch anzuordnen. Das heißt, dass der lichte Innendurchmesser des Mittelschlauches größer sein muss als der Außendurchmesser des Innenschlauches, und der lichte
Innendurchmesser des Außenschlauches größer als der Außendurchmesser des Mittelschlauches.
Durch die erfindungsgemäße koaxiale Anordnung von mindestens drei
Schläuchen kann ein Leitungselement mit verbesserten Eigenschaften
bereitgestellt werden. Jeder der drei Schläuche kann auf eine bestimmte Funktion hin optimiert ausgestaltet werden. Es ist insbesondere möglich, durch den Außenschlauch einen mechanischen Schutz für die innen gelegenen Schläuche bereitzustellen, beispielsweise gegen Steinschlag. Des Weiteren führt der Außenschlauch zu einer verbesserten thermischen Isolation des
Leitungselementes, so dass entlang der axialen Erstreckung des
Leitungselementes ein ausgeglichener Temperaturverlauf ausbildet und sich dadurch eine geringe Temperaturdifferenz zwischen Abgaseintrittsseite und Abgasaustrittseite einstellt.
Bei den Schläuchen des Leitungselementes, insbesondere beim Innenschlauch und/oder beim Außenschlauch, handelt es sich vorzugsweise um
Wickelschläuche, insbesondere um metallische Wickelschläuche. Derartige Wickelschläuche sind in verschiedenen Ausführungsformen (einlagig, mehrlagig, agraffförmig, mit Innenschuppen und/oder Außenschuppen etc.) bekannt.
Typische Ausführungsformen sind beispielsweise in der DE 20 2015 104 177 U1 beschrieben.
Grundsätzlich können zwei oder alle drei Schläuche des Leitungselementes gasdicht sein. Für eine Gasdichtheit des gesamten Leitungselementes reicht es indes, wenn nur einer der drei Schläuche, vorzugsweise der Mittelschlauch, gasdicht ist. Die anderen Schläuche können dann in Hinblick auf andere
Funktionen optimiert ausgebildet werden, beispielsweise als Wickelschläuche.
Grundsätzlich können alle drei Schläuche des Leitungselementes als ein Wellbalg, ein Wickelbalg, oder ein Membranbalg ausgebildet sein. Während Wellbälge typischerweise durch in Verbindung mit einer Stauchoperation erfolgenden
Innenhochdruckumformung aus einem Rohr hergestellt werden, sind Wickelbälge und Membranbälge im Profilbereich verschweißte, rotationssymmetrische oder wendelgewellte Elemente, die entweder zur Rotationsachse senkrecht
ausgeprägte Wellungen oder spiralförmige Wellungen aufweisen. Eine gewickelte Balgstruktur kann vorzugsweise formschlüssig eingehakt oder überlappend oder stoffschlüssig verschweißt sein. Derartige Elemente werden beispielsweise in der DE 10 2008 001 297 A1 oder der DE 10 201 1 053 131 A1 beschrieben.
Insbesondere kann der Mittelschlauch als ein Wellbalg, ein Wickelbalg, oder ein Membranbalg ausgebildet sein, wodurch er eine hohe Flexibilität bei gleichzeitiger Gasdichtheit bereitstellt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Außenschlauch mit einem (radialen) Abstand zum Mittelschlauch angeordnet, so dass zwischen Mittelschlauch und Außenschlauch ein Ringspalt besteht, wobei diese Bedingung zumindest in einem axialen Teilabschnitt des Leitungselementes erfüllt sein soll. Durch den fehlenden Kontakt zwischen Mittelschlauch und Außenschlauch werden Reibungsbelastungen und Verschleiß vermieden. Des Weiteren
verbessert der entstehende Luftspalt die thermische Isolation nach außen.
Vorzugsweise ist der Abstand zwischen Mittelschlauch und Außenschlauch so groß gewählt, dass es auch während des Betriebs des Leitungselementes nicht zu einer Berührung der beiden Schläuche kommt. Des Weiteren kann optional in dem Ringspalt zwischen Mittelschlauch und Außenschlauch ein (thermisches)
Isolationsmaterial (Gewebe, Glasfaser oder dergleichen) angeordnet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausbildung der vorstehend beschriebenen
Ausführungsform beträgt der Abstand zwischen Mittelschlauch und
Außenschlauch in etwa an das 0.01 bis 2.6-fache der Wandungshöhe des
Mittelschlauches, wobei die "Wandungshöhe" definiert ist als die Differenz zwischen dem maximalen und dem minimalen Durchmesser, die der
Mittelschlauch entlang seiner axialen Erstreckung annimmt. Bei einem Balg
entspricht die Wandungshöhe der Höhe der Schlauchwellen (Radiusdifferenz zwischen Wellenberg und Wellental). In absoluten Werten beträgt der Abstand zwischen Mittelschlauch und Außenschlauch typischerweise etwa 5 mm.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Innenschlauch
(zumindest in einem axialen Teilabschnitt des Leitungselementes) mit einem Abstand zum Mittelschlauch angeordnet, wobei dieser Abstand vorzugsweise das 0.01 bis 2.6-fache der Wandungshöhe des Mittelschlauches beträgt. Für diese Ausführungsform gelten die oben in Bezug auf den Abstand zwischen
Mittelschlauch und Außenschlauch gemachten Ausführungen analog.
Um während des Betriebs einen Kontakt zwischen Innenschlauch und
Mittelschlauch (oder Außenschlauch und Mittelschlauch) zu verhindern und eine Geräuschentwicklung zu dämpfen, kann zwischen Innenschlauch und
Mittelschlauch (und/oder zwischen Außenschlauch und Mittelschlauch) ein Dämpfungselement angeordnet sein. Hierbei kann es sich insbesondere um ein Metallgestricke handeln, beispielsweise gemäß der DE 10 2010 037 162 A1 .
Jeder der drei Schläuche des Leitungselementes, insbesondere der
Innenschlauch und/oder der Außenschlauch, kann einen unrunden Querschnitt haben. Bei Platzierung eines Schlauches mit unrundem Querschnitt in einem Schlauch mit rundem Querschnitt (oder andersartig unrundem Querschnitt) kann über einen Linienkontakt für ein gedämpftes Schwingungsverhalten gesorgt werden. Weitere Einzelheiten solcher Ausführungsformen können der
DE 10 2015 102 258 oder der DE 10 2012 013946 A1 entnommen werden.
Typischerweise ist das Leitungselement so ausgestaltet, dass es an mindestens einem, vorzugsweise an beiden axialen Enden auf einen vorgegebenen
Anschlussdurchmesser ausläuft, an welchem die Anbindung an ein Abgassystem (Motor bzw. restliche Abgasleitungen) erfolgen kann. Diesbezüglich ist es bevorzugt, wenn Innenschlauch, Mittelschlauch und/oder Außenschlauch an mindestens einem ihrer axialen Enden ein Anschlusselement aufweisen, welches einen gasdichten Übergang zu einem Anschlussende des Leitungselementes ermöglicht. Das Anschlusselement kann beispielsweise ein Rohrstück sein,
welches einen Übergang vom Anschlussradius zum Radius eines Schlauches beinhaltet.
Im Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren beispielhaft näher erläutert. Dabei zeigt:
Figur 1 die vergrößerte Ansicht eines axialen Endes eines
Leitungselementes mit einem Membranbalg als Mittelschlauch und einem Abstand zwischen Mittelschlauch und Innenschlauch;
Figur 2 das Leitungselement von Figur 1 in einem axialen Schnitt entlang seiner gesamten axialen Erstreckung;
Figuren 3-5 Abwandlungen des Leitungselementes von Figur 1 und 2.
Die Figuren 1 und 2 zeigen einen in axialer Richtung verlaufenden Schnitt durch ein Leitungselement 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Leitungselement 100 ist gekennzeichnet durch eine koaxiale Anordnung von drei Schläuchen, folgendermaßen: einem radial am weitesten innen liegenden Innenschlauch 1 10 (allgemein mit dem Bezugszeichen "IS" versehen); einem den Innenschlauch 1 10 umgebenden gasdichten Mittelschlauch 120 (allgemein mit dem Bezugszeichen "MS" versehen); einem den Mittelschlauch 120 umgebenden und radial am weitesten außen liegenden Außenschlauch 130 (allgemein mit dem Bezugszeichen "AS" versehen).
Während der Innenschlauch IS und der Außenschlauch AS als Metall- Wickelschläuche mit agraffformiger Bindung ausgeführt sind, handelt es sich bei dem Mittelschlauch um einen gasdichten Membranbalg 130.
Der Außendurchmesser des Innenschlauches 1 10 ist kleiner als der
Innendurchmesser des Mittelschlauches 120, so dass zwischen den Schläuchen eine Ringspalt der Dicke d|M verbleibt.
Ebenso ist der Innendurchmesser des Außenschlauches 130 größer als der Außendurchmesser des Mittelschlauches 120, so dass zwischen beiden
Schläuchen ein Ringspalt der Dicke 6 M verbleibt.
Verglichen mit der Wandungshöhe h des Mittelschlauches 120, d. h. der Differenz zwischen dem Außendurchmesser und dem Innendurchmesser des
Mittelschlauches, gelten vorzugsweise folgende Bedingungen für die o.g.
Abstände bzw. Dicken der Ringspalte:
Die Verhältnisse (dAM/h) und/oder (d|M/h) sind vorzugsweise größer als 0, größer als 0.01 , größer als 0.05, größer als 0.1 , größer als 0.5, oder größer als 1 , oder größer als 1 .5, größer als 2.0 oder größer als 2.5. Ferner sind sie vorzugsweise kleiner als 2.5, kleiner als 1 .8, kleiner als 1 .3, kleiner als 0.9, oder kleiner als 0.5, oder kleiner als 0.1 oder kleiner als 0.05.
Damit das Leitungselement 100 an ein Abgassystem angeschlossen werden kann, weist an seinen beiden axialen Enden jeweils ein Anschlussende E auf, an welchem es mit einem vorgegebenen Anschlussradius endet. Im gezeigten
Beispiel wird das Anschlussende E dadurch konstruktiv verwirklicht, dass der Außenschlauch 130 auf einem ersten Anschlusselement 131 befestigt ist, welches an seiner Innenseite anliegt und dann unter stufenförmiger Radiusverkleinerung auf den Anschlussradius des Anschlussendes übergeht. Analog ist der
Mittelschlauch 120 an einem zweiten Anschlusselement 121 befestigt, welches an seiner Innenseite anliegt und dann unter stufenförmiger Radiusvergrößerung auf den Anschlussradius des Anschlussendes übergeht, wobei es innerhalb des ersten Anschlusselementes 131 zu liegen kommt. Der Innenschlauch 1 10 kann in ähnlicher weise an ein Anschlusselement gekoppelt sein oder in nicht näher dargestellter Weise radial auf den Anschlussradius aufgeweitet sein und von innen am zweiten Anschlusselement 121 anliegen.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die beschriebene Ausführungsform des Anschlussendes nur beispielhaft zu verstehen ist und auch zahlreiche andere Konstruktionen hierfür in Frage kommen.
Figur 2 zeigt einen Schnitt über die gesamte axiale Erstreckung des
Leitungselementes 100 von Figur 1 . Zu erkennen ist, dass im Ringspalt zwischen Innenschlauch 1 10 und Mittelschlauch 120 zwei (oder eine andere Anzahl) von Dämpfungselementen 1 15 aus Metallgestricke angeordnet sind.
Figur 3 zeigt ein Leitungselement 200, bei dem in Abwandlung des
Leitungselementes von Figur 1 und 2 der Mittelschlauch MS durch einen
Wellbalg 220 gebildet wird.
Figur 4 zeigt ein Leitungselement 300, bei dem in Abwandlung des
Leitungselementes von Figur 1 und 2 der Innenschlauch 310 den
Mittelschlauch 320 berührt (d. h. der Abstand d |M ist Null).
Figur 5 zeigt ein Leitungselement 400, bei dem in Abwandlung des
Leitungselementes von Figur 4 der Mittelschlauch MS durch einen Wellbalg 420 gebildet wird.
Claims
Patentansprüche
Leitungselement (100, 200, 300, 400) für Abgasleitungen, enthaltend eine koaxiale Anordnung von
einem Innenschlauch (IS, 1 10-410), einem den Innenschlauch (IS) umgebenden Mittelschlauch (MS, 120- 420), einem den Mittelschlauch (MS) umgebenden Außenschlauch (AS, 130- 430).
Leitungselement (100, 200, 300, 400) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Innenschlauch (IS) und/oder der
Außenschlauch (AS) ein Metall-Wickelschlauch ist.
Leitungselement (100, 200, 300, 400) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelschlauch (MS) gasdicht ist.
Leitungselement (100, 200, 300, 400) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelschlauch (MS) ein Wellbalg, ein Wickelbalg oder ein Membranbalg ist.
5. Leitungselement (100, 200, 300, 400) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Außenschlauch (AS) mit einem
Abstand {6 M) zum Mittelschlauch (MS) angeordnet ist.
6. Leitungselement (100, 200, 300, 400) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (Ü AM) das 0.01 bis 2.6-fache der Wandungshöhe (h) des Mittelschlauches (MS) beträgt.
7. Leitungselement (100, 200) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Innenschlauch (IS) mit einem
Abstand (d|M) zum Mittelschlauch (MS) angeordnet ist, wobei dieser Abstand vorzugsweise das 0 bis 2.6-fache der Wandungshöhe (h) des
Mittelschlauches (MS) beträgt.
8. Leitungselement (100, 200) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Innenschlauch (IS) und dem Mittelschlauch (MS) ein Dämpfungselement (1 15, 215) angeordnet ist.
9. Leitungselement (100, 200, 300, 400) nach mindestens einem der
vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Innenschlauch (IS) und/oder der
Außenschlauch (AS) einen unrunden Querschnitt hat.
Leitungselement (100, 200, 300, 400) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Innenschlauch (IS), der
Mittelschlauch (MS) und/oder der Außenschlauch (AS) an mindestens einem axialen Ende ein Anschlusselement (1 1 1 , 121 ,131 ) aufweist, welches einen gasdichten Übergang zu einem Anschlussende (E) des Leitungselementes ermöglicht.
Applications Claiming Priority (2)
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DE102016120372.6 | 2016-10-25 |
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