-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leitungselement nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 zur Schwingungsentkopplung, vorzugsweise für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor, umfassend ein eingangsseitiges und ein ausgangsseitiges Anschlusselement, zwischen welchen Anschlusselementen ein gewellter Metallbalgabschnitt angeordnet ist.
-
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Bauteil für die Abgasanlage des Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor, welches Bauteil im Betrieb von einem Abgasstrom des Verbrennungsmotors durchströmbar ist, vorzugsweise einen Abgaskatalysator, wobei das genannte Bauteil ein Gehäuse mit wenigstens einer Durchströmöffnung für den Abgasstrom aufweist.
-
Insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor kommen zur Dämpfung von Schwingungen im Bereich motornaher Leitungen, welche Schwingungen durch Motorbewegungen und Fahrbahnanregung entstehen können, so genannte Körperschallentkopplungselemente (KSE) als Entkoppelelemente zum Einsatz. Aufgabe eines KSE ist die Bedämpfung von Schwingungen bei gleichzeitiger Ausübung einer Tragfunktion bezüglich der jeweils angeschlossenen weiteren Bauteile einer (Abgas-)Leitung. Vorbekannte Leitungselemente der eingangs genannten Art sind aufgrund ihrer geometrischen Ausgestaltung jedoch in der Anwendung beschränkt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leitungselement der eingangs genannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, dass für derartige Leitungselemente ein vergrößerter Anwendungsbereich erschlossen wird, was sich vorteilhaft auf die erreichbare Schwingungsentkopplung auswirken würde. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Bauteil der eingangs genannten Art anzugeben, welches eine zusätzliche bzw. verbesserte Schwingungsentkopplung aufweist.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Leitungselement mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 sowie durch ein Bauteil mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 14. Vorteilhafte Weiterentwicklungen des erfindungsgemäßen Leitungselements sind Gegenstand von Unteransprüchen, deren Wortlaut hiermit durch ausdrückliche Bezugnahme in die Beschreibung aufgenommen wird, um unnötige Textwiederholungen nach Möglichkeit zu vermeiden.
-
Erfindungsgemäß ist ein Leitungselement zur Schwingungsentkopplung, vorzugsweise für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor, umfassend ein eingangsseitiges und ein ausgangsseitiges Anschlusselement, zwischen welchen Anschlusselementen ein gewellter Metallbalgabschnitt angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der eingangsseitige Anschlussdurchmesser des Leitungselements von dem ausgangsseitigen Anschlussdurchmesser des Leitungselements verschieden ist.
-
Erfindungsgemäß ist ein Bauteil für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor, welches Bauteil ein Gehäuse aufweist und im Betrieb von einem Abgasstrom des Verbrennungsmotors durchströmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gehäuse, vorzugsweise im Bereich wenigstens einer Durchströmöffnung des Gehäuses, ein erfindungsgemäßes Leitungselement angeordnet ist. Bei dem Bauteil handelt es sich – jedoch ohne Beschränkung – vorzugsweise um einen Abgaskatalysator.
-
Erfindungsgemäß ist so in neuartiger Weise die Möglichkeit einer Verbindung zwischen zwei stark differierenden Anschlussdurchmessern bei gleichzeitiger Schwingungsentkopplung gegeben. Eine erste diesbezügliche Weiterbildung des erfindungsgemäßen Leitungselements sieht vor, dass der eingangsseitige Anschlussdurchmesser kleiner als der ausgangsseitige Anschlussdurchmesser ist. Speziell kann das Verhältnis der Anschlussdurchmesser zueinander mindestens etwa 1,2:1, vorzugsweise mindestens 1,5:1 und höchst vorzugsweise mindestens etwa 1,7:1 betragen.
-
Das Vorsehen des gewählten Metallbalgabschnitts ermöglicht in diesem Zusammenhang nicht nur das Aufnehmen von Schwingungen sondern erlaubt zudem eine zumindest teilweise Kompensation von Wärmedehnung.
-
Um eine möglichst kompakte Bauweise zu erreichen, sieht eine wieder andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Leitungselements vor, dass die Gesamtlänge des Leitungselements kleiner ist als der ausgangsseitige und/oder als der eingangsseitige Anschlussdurchmesser. Auf diese Weise kann das vorgeschlagene Leitungselement speziell zur Einbindung eines Katalysatorgehäuses in die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs verwendet werden, in welchem Bereich regelmäßig nur ein sehr geringer Bauraum vorhanden ist.
-
Eine besonders bevorzugte Verwendung des vorgeschlagenen Leitungselements sieht vor, dieses in Form einer Art Deckel auf schwingungsempfindliche, fluiddurchströmte Bauteile aufzusetzen, wie insbesondere auf den bereits mehrfach erwähnten Abgaskatalysator.
-
Innerhalb des Leitungselements erfolgt die Gasführung vorzugsweise von dem kleineren zu dem größeren Anschlussdurchmesser.
-
Zum Erreichen einer zusätzlichen Leitfunktion für den Fluidstrom und zum Schutz des Metallbalgabschnitts vor erhöhten Temperatureinwirkungen kann weiterhin vorgesehen sein, dass bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Leitungselements wenigstens ein zusätzliches Strömungsleitelement vorhanden ist. Dieses Strömungsleitelement kann nach Art eines Flammrohrs ausgebildet sein und bezogen auf den Metallbalgabschnitt radial innen liegend angeordnet sein. Um seiner Leitfunktion optimal gerecht zu werden, kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Strömungsleitelement einen in Durchströmungsrichtung des Leitungselements zunehmenden Innendurchmesser aufweist. Die Durchmesserzunahme kann in diesem Zusammenhang stufenlos oder abgestuft erfolgen. Höchst vorzugsweise ist das Strömungsleitelement konusförmig ausgebildet.
-
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass im Zuge einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Leitungselements wenigstens eines der Anschlusselemente in seinem Innendurchmesser in Durchströmrichtung des Leitungselements zunehmend erweitert ist, vorzugsweise im Wesentlichen stufenlos, höchst vorzugsweise konisch.
-
Um die Anzahl der erforderlichen Bauteile zu reduzieren und das Leitungselement möglichst einfach zu gestalten, sieht eine wieder andere Weiterbildung der Erfindung vor, dass das ausgangsseitige Anschlusselement einstückig mit dem Metallbalgabschnitt ausgebildet ist. Anders ausgedrückt, sieht die vorstehend beschriebene Ausgestaltung vor, dass das ausgangsseitige Anschlusselement durch einen Balgbord des Metallbalgabschnitts gebildet ist. Grundsätzlich ist eine entsprechende Ausgestaltung auch auf der Eingangsseite des Leitungselements möglich.
-
Eine andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Leitungselements sieht vor, dass die Balgwellen konzentrisch bezüglich einer Längsachse des Leitungselements angeordnet sind. Es ist jedoch abweichend hierzu auch möglich, die Balgwellen bezüglich der Längsachse des Leitungselements abgestuft anzuordnen, so dass sich der Balgquerschnitt über die Länge ändert, was allerdings regelmäßig die Anwendung eines speziellen Herstellungsverfahrens zum Herstellen eines entsprechend geeigneten Metallbalgabschnitts erforderlich macht. Beispielsweise ist es möglich, den Metallbalgabschnitt durch stoffschlüssiges Verbinden einzelner ringartiger Elemente herzustellen, wodurch ein Metallbalgabschnitt herstellbar ist, dessen Durchmesser sich in Richtung seiner Längsachse verändert. Auf diese Weise ist ein Leitungselement gemäß einer wieder anderen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung herstellbar, bei dem die Querschnittserweiterung des Leitungselements von dem eingangsseitigen Anschlussdurchmesser zu dem ausgangsseitigen Anschlussdurchmesser zumindest teilweise im Bereich des Metallbalgabschnitts erfolgt.
-
Um die Entkopplungseigenschaften des vorgeschlagenen Leitungselements weiter zu verbessern, kann vorgesehen sein, dass an dem Metallbalgabschnitt ein Schwingungsabsorbtionselement, vorzugsweise Drahtpressring, angeordnet ist.
-
Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.
-
1 zeigt teilweise und im Längsschnitt eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bauteils für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor, welches Bauteil ein erfindungsgemäßes Leitungselement zur Schwingungsentkopplung umfasst;
-
2 zeigt eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Leitungselements;
-
3 zeigt eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Leitungselements; und
-
4 zeigt noch eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Leitungselements.
-
1 zeigt teilweise und im Längsschnitt eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bauteils für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor. Das genannte Bauteil ist in 1 insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet und ist im Betrieb des Kraftfahrzeugs bzw. des Verbrennungsmotors von einem Abgasstrom des Verbrennungsmotors durchströmbar. Während das Kraftfahrzeug bzw. der Verbrennungsmotor selbst in den Figuren nicht weiter dargestellt ist, wird der genannte Abgasstrom durch einen Pfeil A symbolisiert. Allerdings ist die vorliegende Erfindung und insbesondere das erfindungsgemäße Leitungselement nicht auf einen Einsatz in Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen beschränkt, so dass der Pfeil A grundsätzlich auch für beliebige andere Fluidströmungen stehen kann.
-
Bei dem Bauteil 1 kann es sich beispielsweise um einen Abgaskatalysator handeln, allerdings ist die Erfindung nicht auf eine derartige Ausgestaltung beschränkt. Das Bauteil 1 weist ein Gehäuse 2 auf, welches Gehäuse 2 wenigstens eine Durchströmöffnung 3 besitzt. Durch die Durchströmöffnung 3 gelangt der Abgasstrom A in das Innere des Gehäuses 2. Im Bereich der Durchströmöffnung 3 des Gehäuses 2 ist ein erfindungsgemäßes Leitungselement nach Art eines Deckels auf bzw. an dem Gehäuse 2 angeordnet, welches Leitungselement hinter der Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 4 bezeichnet ist. Nachfolgend wird auf erfindungsgemäße Ausgestaltungen des Leitungselements 4 genauer eingegangen.
-
Das Leitungselement 4 umfasst ein – bezogen auf die Richtung des Abgasstroms A – eingangsseitiges Anschlusselement 5 und ein ausgangsseitiges Anschlusselement 6. Das eingangsseitige Anschlusselement 5 bildet ein erstes Anschlussende 7 des Leitungselements 4, während das ausgangsseitige Anschlusselement 6 das zweite Anschlussende 8 des Leitungselements 4 bildet. Das eingangsseitige Anschlusselement 5 kann insbesondere als Gussteil oder Blechteil ausgebildet sein. Bei dem ausgangsseitigen Anschlusselement 6 handelt es sich beispielsweise um eine Hülse aus einem metallischen Werkstoff.
-
Zwischen den einander zugewandten Enden des eingangsseitigen Anschlusselements 5 und des ausgangsseitigen Anschlusselements 6 ist ein gewellter Metallbalgabschnitt 9 angeordnet, der eine Anzahl von Balgwellen 10 aufweist. Der Metallbalgabschnitt 9 ist mit seinen Borden 11, 12 stoffschlüssig einerseits an dem eingangsseitigen Anschlusselement 5 und andererseits an dem ausgangsseitigen Anschlusselement 6 festgelegt, insbesondere durch Verschweißen. Eingangsseitig weist das Leitungselement im Bereich des Anschlusselements 5 einen relativ kleinen Anschlussdurchmesser D1 bzw. D1' auf, Dagegen ist der ausgangsseitige Anschlussdurchmesser D2 im Bereich des ausgangsseitigen Anschlusselements 6 deutlich größer: D2 > D1, D1'. Der Durchmessersprung von D1(D1') nach D2 wird durch eine spezielle Formgebung des eingangsseitigen Anschlusselements 5 mit einem sich im Wesentlichen radial erstreckenden Flanschansatz 5a (nach auch als Radialsteg bezeichnet) und die Ausgestaltung des ausgangsseitigen Anschlusselements 6 nach Art einer konischen Hülse „überbrückt”. Dagegen ist der Metallbalgabschnitt 9 mit seinen Balgwellen 10 im Wesentlichen konzentrisch zur Längsachse der Gesamtanordnung ausgerichtet, welche Längsachse in 1 mit dem Bezugszeichen L bezeichnet ist.
-
Zum Schutz des Metallbalgabschnitts 9, der nach Art eines herkömmlichen Metallbalgs ausgebildet sein kann, ist an dem eingangsseitigen Anschlusselement 5 ein Strömungsleitelement 13 nach Art eines Flammrohres angeordnet. Das Flammrohr 13 erstreckt sich in axialer Richtung bis in den Bereich des ausgangsseitigen Anschlussendes 8 und weist ausgehend von dem eingangsseitigen Anschlusselement 5 hin zur Ausgangsseite der Anordnung einen sich vergrößernden lichten Querschnitt auf, wobei die Querschnittserweiterung gemäß 1 abgestuft oder – alternativ – kontinuierlich erfolgen kann.
-
Das Leitungselement 4 erlaubt durch seine Konstruktion eine Durchmesseranpassung von einem relativ geringen ersten Anschlussdurchmesser D1, D1 im Bereich des eingangsseitigen Anschlusselements 5 auf einen relativ großen ausgangsseitigen Anschlussdurchmesser D2, wobei sich das Leitungselement 4 mit dem Gehäuse 2 des Bauteils 1 nach Art eines Deckels verbinden lässt. Aufgrund der flexiblen Ausgestaltung des Leitungselements 4 in seinen mittleren Bereich, das heißt im Bereich des Metallbalgsabschnitts 9 ist das Leitungselement 4 in der Lage, Schwingungen (Körperschall) insbesondere des Gehäuses 2 zumindest teilweise aufzunehmen und zu eliminieren und so zu einer schwingungstechnischen Entkopplung des Gehäuses 2 von weiteren Leitungsbauteilen zu sorgen, welche insbesondere im Bereich des eingangsseitigen Anschlussendes 5 mit dem Leitungselement 4 verbindbar sind. Zu diesem Zweck ist weiterhin bei Bezugszeichen 14 ein Drahtpressring als schwingungsabsorbierendes Element vorgesehen, welches speziell auf den Balgwellen 10 angeordnet ist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf derartige schwingungsabsorbierende Elemente und deren gezeigte Anordnung beschränkt. Das Element 14 kann auch bei den weiteren Ausgestaltungen der Erfindung gemäß den 2 bis 4 zum Einsatz kommen. Das Flammrohr 13 sorgt – wie bereits ausgeführt – für einen insbesondere thermischen Schutz des Metallbalgabschnitts 9 und bewirkt außerdem einen möglichst optimalen Strömungsverlauf innerhalb des Leitungselements 4 von dem kleineren Eingangsdurchmesser D1 (D1') zu dem größeren Ausgangsdurchmesser D2.
-
Mit einem erfindungsgemäßen Leitungselement lassen sich auch relativ große Durchmesseranpassungen beispielsweise von einem Eingangsdurchmesser D1 = 84 mm auf einen Ausgangsdurchmesser von D2 = 146 mm bei reiativ kleiner Nennlänge (Ausdehnung in Richtung der Längsachse L) des Leitungselements 4. Für die vorstehend genannte Durchmesseränderung beträgt die Nennlänge der Anordnung bei einem konkreten Ausführungsbeispiel nur 36 mm.
-
Die nachfolgenden 2 bis 4 zeigen Varianten des erfindungsgemäßen Leitungselements 4 zur Verbindung mit dem Gehäuse 2 des Bauteils 1, wobei das Gehäuse bzw. das Bauteil in den nachfolgenden Figuren nicht mehr explizit dargestellt bzw. bezeichnet ist.
-
Nachfolgend wird nur auf die wesentlichen Unterschiede der Ausgestaltungen gemäß 2 bis 4 gegenüber der Ausgestaltung in 1 näher eingegangen. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Fällen gleiche oder gleichwirkende Elemente.
-
Gemäß der Ausgestaltung in 2 ist das hülsenförmige ausgangsseitige Anschlusselement 6 nur noch an seinem dem Balgabschnitt 9 zugewandten Erde konisch verjüngt ausgebildet. Beim eingangsseitigen Anschlusselement 5 wurde auf den radialen Steg 5a gemäß 1 verzichtet, stattdessen weist das genannte Anschlusselement 5 zum Festlegen des Balgbords 11 eine sich unter einem Winkel von etwa 45° schräg zur Längsachse L der Anordnung erstreckende Formgebung auf, so dass gemäß der Ausgestaltung in 2 der Metallbalgabschnitt 9 mit seinen Balgwellen 10 bezüglich der Längsachse L des Leitungselement 4 in der gezeigten Schrägstellung angeordnet ist, wodurch die einzelnen Wellen stufenartig versetzt parallel zueinander angeordnet sind, so dass sich der Balgabschnitt 9 in seinem (Innen-)Durchmesser in Richtung des Pfeils A erweitert.
-
Eine derartige Ausgestaltung erfordert die Verwendung eines besonderen Herstellungsverfahrens für den Metallbalgabschnitt 9, was an sich nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist. Es sei an dieser Stelle nur erwähnt, dass es beispielsweise möglich ist, den Metallbalg gemäß 2 aus einzelnen Ringelementen durch beispielsweise stoffschlüssiges Fügen zusammenzusetzen, worauf an dieser Stelle jedoch nicht weiter einzugehen ist. insgesamt ergibt sich so für den Metallbalgabschnitt 9 gemäß 2, dass dieser an seinem eingangsseitigen Bord 11 einen kleineren Durchmesser aufweist als an seinem ausgangsseitigen Bord 12. Mit den genannten Borden 11, 12 ist der Metallbalgabschnitt 9 wiederum einerseits an dem eingangsseitigen Anschlusselement 5 und andererseits an dem ausgangsseitigen Anschlusselement 6 vorzugsweise stoffschlüssig festgelegt.
-
Zum Schutz des Metallbalgabschnitt 9 ist auch gemäß 2 wiederum ein Flammrohr 13 vorgesehen, welches an dem eingangsseitigen Anschlusselement 5 befestigt ist. Anders als in 1 erfährt das Flammrohr 13 gemäß 2 ausgehend von dem Anschlusselement 5 eine kontinuierliche Vergrößerung seines Öffnungsquerschnitts hin zur Ausgangsseite der Anordnung, ohne Abstufungen.
-
Bei der Ausgestaltung gemäß 3 wurde ausgehend vom Gegenstand der 1 auf das Vorsehen eines separaten ausgangsseitigen Anschlusselements 6 in Form der werter oben beschriebenen konischen Hülse verzichtet. Dagegen fungiert bei der Ausgestaltung gemäß 3 der ausgangsseitige Balgbord 12 selbst als ausgangsseitiges Anschlusselement 6. Ansonsten entspricht die Anordnung gemäß 3 weitestgehend derjenigen aus 1. Das Flammrohr 13 gemäß 3 entspricht demjenigen in 2, ohne jedoch auf eine derartige Ausgestaltung beschränkt zu sein.
-
Die Ausgestaltung gemäß 4 entspricht im Wesentlichen derjenigen gemäß 3. Allerdings wurde durch Vergrößerung des Radialstegs 5a in radialer Richtung dafür gesorgt, dass praktisch keine Aufweitung des Metallbalgabschnitts 9 am Ausgangsende 8 der Anordnung mehr erforderlich ist (vgl. 1). Außerdem ist bei der Ausgestaltung gemäß 4 der genannte Radialsteg 5a nicht wie in den 1 und 3 einstückig mit dem restlichen eingangsseitigen Anschlusselement 5 ausgebildet, sondern nach Art eines separaten Ringteils in der gezeigten Art vorzugsweise formschlüssig mit dem restlichen eingangsseitigen Anschlusselement 5 verbunden.
-
Selbstverständlich liegt es im Bereich des fachmännischen Könnens, einzelne Besonderheiten der Ausgestaltungen gemäß den 1 bis 4 im Rahmen der vorliegenden Erfindung miteinander zu kombinieren, insbesondere das Flammrohr 13 gemäß 1 mit den weiteren Merkmalen des Leitungselements 4 gemäß den 2 bis 4.
