Title:
Flexibles Leitungselement für Abgasleitungen
Kind Code:
A1


Abstract:

Die Erfindung betrifft ein Leitungselement (100) für Abgasleitungen, welches einen flexiblen Schlauch (105) und ein Begrenzungselement (110, 110') enthält, wobei das Begrenzungselement (110, 110') die Formveränderungen des Schlauches auf zerstörungsfrei annehmbare Konfigurationen beschränkt. Das Begrenzungselement kann beispielsweise durch drei oder mehr Seilzüge (110, 110') realisiert werden, welche gegenüberliegende Endpunkte (111, 112) des Schlauches miteinander verbinden.




Inventors:
Matthias, Weiß (57271, Hilchenbach, DE)
Münker, Karl-Heinz (57271, Hilchenbach, DE)
Selter, Oliver (57439, Attendorn, DE)
Henkelmann, Michael, Dr. (57271, Hilchenbach, DE)
Gerhard, Andreas (57482, Wenden, DE)
Baumhoff, Dietmar (57462, Olpe, DE)
Hauk, Stefan, Dr. (57271, Hilchenbach, DE)
Schenk, Karsten (34613, Schwalmstadt, DE)
Application Number:
DE102015106365A
Publication Date:
10/27/2016
Filing Date:
04/24/2015
Assignee:
Westfalia Metallschlauchtechnik GmbH & Co. KG, 57271 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE202006012761U1N/A2007-12-27
DE202004008089U1N/A2004-07-29
DE3742195A1N/A1989-06-22



Foreign References:
EP04367721991-07-17
Attorney, Agent or Firm:
Beckmann, Jürgen, Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., 57462, Olpe, DE
Claims:
1. Leitungselement (100) für Abgasleitungen, enthaltend
– einen flexiblen Schlauch (105);
– ein Begrenzungselement (110, 110'), welches vollständig oder teilweise Formveränderungen des Schlauches (105) verhindert, die zu einer Zerstörung des Schlauches führen würden.

2. Leitungselement (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Begrenzungselement (110, 110') die Außenoberfläche des Schlauches (105) zu weniger als 90%, vorzugsweise zu weniger als 50% bedeckt.

3. Leitungselement (100) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Begrenzungselement (110, 110')
– die axiale Streckung des Schlauches (105) begrenzt, und/oder
– die Torsion des Schlauches begrenzt, und/oder
– die Biegung des Schlauches (105) begrenzt, und/oder
– den lateralen Versatz des Schlauches (105) begrenzt.

4. Leitungselement (100) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Begrenzungselement (110, 110') mindestens zwei Punkte (111, 112) des Schlauches miteinander verbindet, von denen vorzugsweise mindestens einer an einem Ende (102, 103) des Schlauches liegt.

5. Leitungselement (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Begrenzungselement (110, 110') den minimalen und/oder den maximalen Abstand der verbundenen Punkte (111, 112) begrenzt.

6. Leitungselement (100) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Begrenzungselement ein Seil (110, 110'), ein Band, eine Gliederkette oder eine Stange umfasst.

7. Leitungselement (100) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Begrenzungselement (110, 110') ganz außerhalb des Schlauches (105) angeordnet ist oder ganz oder teilweise im Inneren des Schlauches angeordnet ist.

8. Leitungselement (100) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Begrenzungselement (110, 110') mit einem Schutzelement versehen ist, welches einem direkten Kontakt zwischen Teilen des Begrenzungselementes und dem Schlauch entgegenwirkt.

9. Leitungselement (100) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Begrenzungselement (110, 110') ein Blockiersystem aufweist, welches den Schlauch (105) in der Einbauphase in einer vorgegebenen Mittellage hält.

10. Leitungselement (100) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch einen Wickelschlauch (105) aus mindestens einem profilierten Metallband (101) enthält.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Leitungselement, das beispielsweise in Abgasleitungen von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann.

Flexible Schläuche, die als Leitungselement in Abgasleitungen eingesetzt werden, können ihre Form bzw. Konfigurationen verändern, was zur Entkopplung von Motorschwingungen und zum Ausgleich von Einbautoleranzen ausgenutzt wird. Ein Teil der Formveränderungen (um eine Referenzform herum) ist dabei aufgrund der Konstruktion des Schlauches ohne dessen dauerhafte Veränderung bzw. Zerstörung möglich. Darüber hinaus gibt es auch Formveränderungen, welche mit einer dauerhaften Veränderung bzw. Zerstörung des Schlauches einhergehen, beispielsweise weil Teile des Schlauches plastisch verformt werden. In der Regel gibt es darüber hinaus noch einen Übergangsbereich an Formen, welche der Schlauch kurzfristig ohne bleibende Veränderung/Zerstörung annehmen kann, die aber bei längerer Annahme (ggf. unter Betriebsbedingungen wie hohen Temperaturen und/oder Erschütterungen) mit dauerhaften Änderungen bzw. einer Zerstörung des ursprünglichen Schlauches verbunden sind.

Leitungselemente mit Wickelschläuchen aus Metall, wie sie beispielsweise aus der EP 0 436 772 A2 bekannt sind, werden häufig in Entkopplungselementen für Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen eingesetzt. In der Praxis zeigt sich jedoch, dass immer wieder einige der Leitungselemente vor Ablauf einer angestrebten Lebensdauer undicht werden oder ausfallen.

In DE 20 2004 008 089 U1, DE 3 742 195 A1 und DE 20 2006 012 761 U1 sind mit einem Gestrickeschlauch umhüllte Leitungselemente dargestellt, wobei der Gestrickeschlauch sich über die gesamte Außenoberfläche des Leitungselementes erstreckt und jeweils schützende Eigenschaften besitzt in Bezug auf Steinschlag oder zur Dämpfung von Eigenfrequenzen. Aufgrund der Omega förmigen Strickeschlingen ist stets eine Bewegungsreserve gegeben derart, dass das Leitungselement nicht in seinem Bewegungsraum behindert wird.

Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, flexible Leitungselemente für Abgasleitungen bereitzustellen, welche mit hoher Zuverlässigkeit über ihre gesamte angestrebte Lebensdauer ihre Funktion erfüllen.

Diese Aufgabe wird durch ein Leitungselement nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Das erfindungsgemäße Leitungselement für Abgasleitungen enthält die folgenden Komponenten:

  • – Einen flexiblen Schlauch zur Führung der Abgase. Aufgrund seiner Flexibilität kann dieser Schlauch seine Form innerhalb eines gegebenen Konfigurationsraumes verändern.
  • – Ein Begrenzungselement, welches vollständig oder teilweise Formveränderungen des Schlauches verhindert, die zu einer Zerstörung des Schlauches führen würden.

Erfindungsgemäß ist am flexiblen Schlauch ein Begrenzungselement vorhanden, welches von den während des vorgesehenen Betriebs des Leitungselementes typischerweise auftretenden Formveränderungen des Schlauches alle oder zumindest einige der Formveränderungen verhindert, die nur mit einer die angestrebte Lebensdauer verkürzenden Veränderung bzw. Zerstörung angenommen werden könnten. Falls das Begrenzungselement nicht alle "zerstörerischen" Formveränderungen verhindert, sondern noch einige hiervon zulässt, handelt es sich hierbei vorzugsweise um solche, die während des vorgesehenen Betriebs nicht oder nur selten auftreten.

Durch das erfindungsgemäße Begrenzungselement wird erreicht, dass der Schlauch nicht durch außergewöhnliche Beanspruchungen im Betrieb und/oder durch aus dem Rahmen fallende Einbautoleranzen übermäßige Formveränderungen erfährt, die seine nutzbare Lebensdauer verkürzen.

Typischerweise ist die Verhinderung (zumindest einiger) "zerstörerischer" Formveränderungen des Schlauches der einzige oder vorrangige Zweck des Begrenzungselementes.

Für die Ausgestaltung des Begrenzungselementes gibt es verschiedene Möglichkeiten.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Begrenzungselementes ist dieses so ausgestaltet, dass es die Formveränderungen des Schlauches auf (alle oder einen Teil der) Konfigurationen beschränkt, die ohne Zerstörung des Schlauches angenommen werden können. In diesem Falle werden also alle "zerstörerischen" Konfigurationen verhindert.

Des Weiteren bedeckt das Begrenzungselement vorteilhafterweise die Außenoberfläche des Schlauches zu weniger als ca. 90%, weniger als ca. 80%, weniger als ca. 70%, weniger als ca. 60%, weniger als ca. 50%, weniger als ca. 40%, weniger als ca. 30%, weniger als ca. 20%, weniger als ca. 10%, oder vorzugsweise zu weniger als 5%. Mit anderen Worten bleiben erhebliche Teile oder sogar der Großteil der Außenoberfläche des Schlauches frei bzw. unbedeckt vom Begrenzungselement, wodurch nachteilige Auswirkungen auf die Zugänglichkeit des Schlauches, die Wärmeabstrahlung und dergleichen verhindert werden. Wenn das Begrenzungselement komplett im Inneren des Schlauches angeordnet ist, kann sogar die gesamte Außenoberfläche frei bleiben.

Gemäß einer ersten Variante kann das Begrenzungselement so ausgelegt sein, dass es die axiale Streckung des Schlauches auf Werte unterhalb einer gegebenen maximalen Länge begrenzt.

Zusätzlich oder alternativ kann das Begrenzungselement so ausgelegt sein, dass es die Torsion des Schlauches um seine Achse auf Werte unterhalb eines maximalen Torsionswinkels begrenzt.

Weiterhin zusätzlicher oder alternativ kann das Begrenzungselement so ausgelegt sein, dass es die Biegung des Schlauches begrenzt, also bestimmte durch Biegen (prinzipiell) erreichbare Konfigurationen ausschließt.

Ferner kann das Begrenzungselement zusätzlich oder alternativ so ausgelegt sein, dass es den lateralen Versatz des Schlauches begrenzt, also bestimmte durch Parallelverschiebung erreichbare Konfigurationen ausschließt.

Des Weiteren kann das Begrenzungselement so ausgelegt sein, dass es mindestens zwei Punkte des Schlauches miteinander verbindet. Durch eine solche Verbindung entsteht eine interne Kopplung, durch welche sich die möglichen Formveränderungen begrenzen lassen. Von den genannten mindestens zwei Punkten liegt vorzugsweise mindestens ein Punkt an einem Ende des Schlauches. Als Ende des Schlauches werden dabei definitionsgemäß die äußeren ca. 5% seiner axialen Erstreckung angesehen oder, falls vorhanden, ein nicht flexibles endständiges Anschlussstück (Ring) mit welchem der Schlauch abschließt. Vorzugsweise sind zwei Punkte an den gegenüberliegenden Enden des Schlauches miteinander verbunden.

Gemäß einer Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform, bei welcher das Begrenzungselement mindestens zwei Punkte des Schlauches miteinander verbindet, begrenzt es den minimalen Abstand und/oder den maximalen Abstand, den die verbundenen Punkte annehmen können. Ein Begrenzungselement, das die beiden Enden des Schlauches miteinander verbindet und deren maximalen Abstand begrenzt, ist beispielsweise in der Lage, die maximale axiale Streckung, aber auch Torsionen und die Biegung des Schlauches zu begrenzen.

Das Begrenzungselement kann in seiner Geometrie insbesondere bandförmig oder strangförmig sein. Optional kann es mindestens ein Seil, ein Band, eine Gliederkette und/oder eine Stange enthalten. Mit einem Seil oder einem Band lassen sich gut maximale Abstände zwischen zwei Punkten des Schlauches begrenzen, ohne dass die Beweglichkeit des Schlauches unterhalb dieser Abstände behindert würde. Durch eine Stange lässt sich darüber hinaus der Abstand zwischen zwei Punkten konstant halten.

Das Begrenzungselement kann optional ganz außerhalb des Schlauches angeordnet sein. Alternativ kann es auch ganz oder teilweise im Inneren des Schlauches angeordnet sein. Falls der Schlauch aus einem Außenschlauch und einem oder mehreren (koaxial angeordneten) Innenschläuchen besteht, kann das Begrenzungselement auch ganz oder teilweise zwischen Außenschlauch und Innenschlauch und/oder ganz oder teilweise zwischen zwei Innenschläuchen (falls vorhanden) liegen.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das Begrenzungselement mit einem Schutzelement versehen, welches einem direkten Kontakt zwischen Teilen des Begrenzungselementes und dem Schlauch entgegenwirkt und diesen möglichst verhindert. Auf diese Weise lässt sich die Gefahr einer wechselseitigen Beschädigung von Schlauch und Begrenzungselement vermeiden, beispielsweise aufgrund einer ständigen Reibung des Begrenzungselementes am Schlauch. Das Schutzelement kann beispielsweise durch eine Feder oder einen gebogenen Draht ausgebildet werden, die das Begrenzungselement möglichst auf Abstand zum Schlauch halten. Alternativ kann das Schutzelement auch eine reibungsmindernde Hülle oder Beschichtung des Begrenzungselementes sein.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung weist das Leitungselement ein Blockiersystem auf, welches den Schlauch in einer vorgegebenen "Mittellage" (Ruhe- oder Referenzlage) hält. Vorzugsweise ist das Blockiersystem so ausgestaltet, dass es bei thermischer Belastung (festgestellt beispielsweise durch Überschreiten einer vorgegebenen Grenztemperatur) außer Kraft gesetzt wird.

Eine mögliche Ausgestaltungsform eines Blockiersystems könnte ein thermisch reaktiver Klebstoff sein, welcher das Bewegungselement bis zum Erreichen seiner Zerfalltemperatur fixiert. Durch das fixierte Bewegungselement wird das Leitungselement in der Einbauphase in seiner Mittellage (Ruhe- oder Referenzlage) gehalten.

Bei dem Schlauch kann es sich insbesondere um einen Wickelschlauch handeln, der aus mindestens einem profilierten (Metall-)Band durch Wickeln hergestellt ist. Derartige Schläuche werden häufig als Leitungselement in Abgasleitungen eingesetzt. Bei einer übermäßigen Formveränderung unterliegen sie allerdings der Gefahr, dass Windungen ihren wechselseitigen Eingriff verlieren und der Schlauch dadurch zerstört bzw. undicht wird. Dies lässt sich bei einem erfindungsgemäßen Leitungselement durch das Begrenzungselement verhindern.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar.

Im Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren beispielhaft näher erläutert.

Dabei zeigt:

1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Leitungselementes im sich gerade erstreckenden Referenzzustand;

2 das Leitungselement von 1 in einer gebogenen Grenzkonfiguration, deren Überschreitung durch die vorhandenen Begrenzungselemente verhindert wird.

Die 1 und 2 zeigen beispielhaft eine erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Leitungselementes 100, das als Entkopplungselement in Abgasleitungen von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann. Das Leitungselement 100 enthält als eine wesentliche Komponente einen flexiblen Schlauch 105, welcher insbesondere als ein Wickelschlauch aus einem profilierten Metallband 101 hergestellt sein kann. Optional kann der Schlauch im Inneren auch einen oder mehrere koaxial angeordnete weitere Schläuche enthalten, beispielsweise einen Metallbalg. Die Schlauchenden werden im dargestellten Beispiel durch ringförmige Anschlussstücke 102, 103 gebildet.

1 zeigt eine Ruhe- oder Referenzkonfiguration des Schlauches 105, die im dargestellten Beispiel einfach eine gerade gestreckte Konfiguration ist. In der Praxis kann eine Referenzkonfiguration jedoch auch anders aussehen und insbesondere eine gebogene Form aufweisen, mit welcher Anschlusspunkte des Abgasweges (Motorblock, Abgasleitung etc.) verbunden werden. Die Referenzkonfiguration ist dabei auf eine ideale Einbausituation ausgelegt, in welcher die Positionen der Anschlusspunkte genau den theoretisch vorgegebenen Spezifikationen entsprechen. In der Praxis weichen die Positionen der Anschlusspunkte allerdings in der Regel mehr oder weniger stark von den Sollpositionen ab (Einbautoleranzen). Dies wird durch die vorhandene Flexibilität des Schlauches 105 ausgeglichen.

Allgemein ausgedrückt weist der flexible Schlauch 105 einen definierten Bewegungsraum auf. In unvorhersehbaren Fahrsituationen kann es jedoch vorkommen, dass das Entkopplungselement an den Rand seiner Bewegungsmöglichkeiten gebracht wird. Bei weiterem Anstieg der Bewegungsamplituden werden diese dann nicht mehr über ein Verschieben der Wickelschlauchprofile entkoppelt sondern in Strukturspannungen umgesetzt. Diese führen zu einem frühzeitigen Ausfall des Elements, da sich die Profilwindungen deformieren und aushaken.

Zur Lösung dieses Problems wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dem Entkopplungselement im Rahmen seiner strukturellen Möglichkeit seinen bauteilspezifischen Bewegungsraum zu bieten, aber gleichzeitig ein Überschreiten des Bewegungsraums zu unterbinden. Dies kann durch Begrenzungselemente erreicht werden, welche am Leitungselement 100 den Bewegungsraum des Schlauches 105 begrenzen.

Im in den Figuren dargestellten Beispiel wird das Begrenzungselement dabei durch zwei oder mehrere (im Beispiel durch drei, von denen nur zwei erkennbar sind) Bänder oder Seile 110, 110' realisiert, die jeweils an den sich gegenüberliegenden Anschlussstücken 102, 103 des Schlauches 105 fixiert sind. Bei den Seilen kann es sich insbesondere um Seilzüge aus Metall handeln, die stoffschlüssig (z.B. durch Schweißen oder Löten) an den Anschlussstücken 102, 103 festgelegt sind. Die Seile bzw. ihre Befestigungspunkte sind vorzugsweise äquidistant über den Umfang des Schlauches 105 verteilt (also drei Seile beispielsweise unter Winkelabständen von 120°). Des Weiteren kann optional ein Schutzelement vorgesehen werden (nicht dargestellt), welches einem Kontakt zwischen dem freien Teil des Seiles 110, 110' und dem Schlauch 105 entgegenwirkt, damit es nicht zu einer Beschädigung von Schlauch und/oder Seil durch Reibung kommt. Das Schutzelement kann beispielsweise durch ein um das Seil gewickelten Federdraht oder ein gewickeltes Federblech realisiert werden, welche als Reibpartner zwischen Seil 110, 110' und Schlauch 105 zu liegen kommt.

Da sich die Seile 110, 110' in ihrer Länge nicht strecken lassen, begrenzen sie den maximalen möglichen Abstand zwischen ihren Befestigungspunkten 111, 112. Wie aus 2 erkennbar ist, lässt sich auf diese Weise eine maximale axiale Streckung, eine maximale Biegung, und eine maximale Torsion des Schlauches 105 festlegen. So kann wirkungsvoll verhindert werden, dass der Schlauch 105 Konfigurationen annimmt, die seine Lebensdauer verkürzen würden.

Ein weiterer Vorteil des beschriebenen Leitungselementes 100 besteht darin, dass die Begrenzungselemente bei der Montage des Leitungselementes dieses in seiner Mittellage halten.

Das Leitungselement 100 bzw. der Schlauch 105 und/oder die Seile 110, 110' bestehen optional aus einem thermisch stabilen Werkstoff, der vorzugsweise Temperaturen von über 400°C Stand hält. Ein solcher Werkstoff ist beispielsweise Edelstahl.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • EP 0436772 A2 [0003]
  • DE 202004008089 U1 [0004]
  • DE 3742195 A1 [0004]
  • DE 202006012761 U1 [0004]