柔性导管元件的制作方法

本实用新型涉及一种用于连接导管区段、特别是移动燃烧发动机的废气导管区段的柔性导管元件，其包括波纹管构件和定位在波纹管构件中的互锁构件。

背景技术：

移动内燃机（诸如柴油和汽油发动机）的排气系统代表恶劣环境。排气极热，并且在压力下充满腐蚀性气体。存在有节奏且随机的实质性振动。如果小裂缝出现在导管中，则废气被内部压力挤出，并且所导致的腐蚀连同正常振动和挠曲一起导致系统的快速劣化。

已知，如果导管区段（诸如排气系统的管道）由柔性（非刚性）管道元件划分并分离、而非设计为连续的延长长度，则会排除或减少来自马达的谐波振动的发展。除了马达振动以外，此类柔性导管元件还可以有利地用于吸收其他张力、压缩和弯曲力。

优选地，这些柔性导管元件绝对流体密封，尤其气体密封。这些导管元件的波纹管构件自身根据所需柔性可以制成为单壁式或多壁式结构。柔性导管元件内在两个轴向端部处固定到波纹管构件的互锁构件以用于引导波纹管构件内的排气流，并且因此避免波纹管构件的波纹的内部突出部处的湍流或涡流，并且从而减小流动噪声和次生噪声生成。

然而，在此常规柔性导管元件中，当过度振动（过冲）发生在排气系统中时，互锁构件与波纹管构件周期性地摩擦接触。这通常使NVH（噪声、振动和不平顺性）性能劣化并且显著减少该柔性导管元件的寿命。

为帮助克服此情况，还从现有技术（参见，例如US6230478B1）已知：额外材料绝缘层布置在外部波纹管构件与内部互锁构件之间以用于避免波纹管构件与互锁构件之间因机动车辆的振荡移动而导致的接触和随之而来的噪声。然而，此材料绝缘层与波纹管构件直接径向接触以便确保永久减振效果。该上述的直接径向接触可能导致柔性导管元件的磨损和擦伤以及最终故障。

技术实现要素：

因此，本实用新型的目的是提供一种用于连接导管区段、特别是移动燃烧发动机的废气导管区段的柔性导管元件，其中可以有效地抑制由（例如，排气系统的）过度振动导致的柔性导管元件的振动以及噪声和不平顺性的生成，并且可以改善柔性导管元件的NVH评估和耐久性。

本实用新型的以上目的通过一种上述类型的柔性导管元件实现，其包括：

波纹管构件，所述波纹管构件呈筒形波纹状以用于吸收因导管区段的各种运动而导致的位移；

互锁构件，所述互锁构件成螺旋形地成形并且定位在波纹管构件中，在波纹管构件与互锁构件之间具有间隙；

中间管构件，所述中间管构件定位在波纹管构件与互锁构件之间的间隙中以防止波纹管构件和互锁构件彼此直接接触；以及

设置到两个轴向端部的固定帽，

其中在柔性导管元件的轴向长度的至少一部分上，间隙在径向方向上设置在中间管构件与互锁构件之间和/或波纹管构件与中间管构件之间。

由于设置中间管构件，预定的间隙限定在波纹管构件的内部与互锁构件的外部之间，所述间隙防止波纹管构件因与互锁构件的摩擦接触而导致的磨损和损坏。

另外，无论柔性导管元件的延伸或压缩的状态如何，所限定间隙都形成在波纹管构件的内部与中间管构件的外部之间，和/或中间管构件的内部与互锁构件的外部之间。因此，当柔性导管元件在操作期间处于张紧状态时，始终可以防止波纹管构件、中间管构件和互锁构件的直接接触，使得这三个构件可以柔性变形以吸收排气系统的变形力，而不经受磨损和损坏。

优选地，中间管构件由以下结构中的一者或多者构成：丝网结构、针织结构（诸如熔岩石针织结构）、编织结构和/或玻璃纤维结构。

此外，优选地，波纹管构件包括环形波纹，其径向延伸部朝向这两个轴向端部减小。

再进一步，优选地，波纹管构件包括环形波纹，其轴向延伸部在柔性导管元件的长度上恒定或可变。

再进一步，优选地，在柔性导管元件的长度的中心区域处，波纹管构件设置有具有比其他环形波纹的轴向延伸部大的轴向延伸部的环形波纹，从而形成有助于此中心区域的较高刚度的平坦区。

在进一步优选变型中，柔性导管元件在两个轴向端部处还包括内部环形元件，以用于分别将波纹管构件、中间管构件和互锁构件的轴向端部共同夹紧在固定帽与所述内部环形元件之间。

在本实用新型的再进一步优选变型中，该柔性导管元件在两个轴向端部处还包括具有径向向外的肩部（shoulder）和径向向内的肩部的具有阶梯形状的内部套筒状元件，其中波纹管构件和中间管构件的轴向端部分别夹紧在固定帽与所述径向向外的肩部之间，并且其中互锁构件的轴向端部分别装配到径向向内的肩部的外部。

在本实用新型的又再进一步优选形式中，互锁构件分别在一个或多个点处点焊到内部套筒状元件的径向向内的肩部的外部。

在本实用新型的又再进一步优选形式中，柔性导管元件在两个轴向端部处还包括具有径向向外的肩部和径向向内的肩部的具有阶梯形状的内部套筒状元件，其中波纹管构件的轴向端部分别夹紧在固定帽与所述径向向外的肩部之间，并且其中中间管构件和互锁构件分别夹紧和/或点焊到径向向内的肩部的内部。

在本实用新型的又再进一步优选形式中，该柔性导管元件在两个轴向端部处还包括具有径向向外的肩部和径向向内的肩部的具有阶梯形状的内部套筒状元件，其中波纹管构件的轴向端部分别夹紧在固定帽与所述径向向外的肩部之间，并且其中中间管构件和互锁构件的轴向端部分别彼此相互接触地装配到径向向内的肩部的外部。

在本实用新型的又再进一步优选形式中，该中间管构件和互锁构件的轴向端部分别在一个或多个点处点焊到内部套筒状元件的径向向内的肩部的外部。

在本实用新型的又再进一步优选形式中，该柔性导管元件在两个轴向端部处还包括具有径向向外的肩部和径向向内的肩部的具有阶梯形状的内部套筒状元件，其中波纹管构件的轴向端部分别夹紧在固定帽与所述径向向外的肩部之间，并且其中中间管构件和互锁构件的轴向端部分别夹紧在夹紧环与径向向内的肩部之间。

在本实用新型的又再进一步优选形式中，在径向方向上设置在中间管构件与互锁构件之间和/或该波纹管构件与中间管构件之间的间隙的宽度在柔性导管元件的长度上恒定或可变。

在本实用新型的又再进一步优选形式中，在径向方向上设置在波纹管构件与中间管构件之间的间隙在柔性导管元件的长度的中心区域中达到最大宽度并且朝向轴向端部连续减小。

在本实用新型的又再进一步优选形式中，互锁构件在轴向预加负载下由预成型金属条卷绕或弯曲。

此外，优选地，波纹管构件由外层覆盖，以用于保护波纹管构件免受外部磨损和损坏。

附图说明

根据以下描述，将更好地理解本实用新型，并且其各个方面、目的和优点将变得更清楚，在以下描述中将参考附图。

图1和图2分别以侧视图显示根据本实用新型的第一和第二实施例的用于燃烧发动机车辆的排气系统的柔性导管元件，为清楚起见，若干部分被剖开。

图3、图4和图5是根据本实用新型的第三、第四和第五实施例的用于燃烧发动机车辆的排气系统的柔性导管元件的轴向端部部分的放大横截面视图。

具体实施方式

柔性导管元件1定位在来自发动机的排气管道与通向消音器的管道之间。这些管道和消音器未显示在这两个图中。然而，所属领域的技术人员已知车辆的排气系统内的柔性导管元件的此布置。

柔性导管元件1包括由金属材料制成并且呈筒形波纹状的管状波纹管构件2，其具有环形波纹7以吸收连接到柔性导管元件1的导管区段（诸如排气管道）的延伸、压缩、弯曲位移等等。波纹7的径向延伸部在轴向方向上朝向柔性导管元件1的两个轴向端部12a, 12b减小。此设计允许波纹管构件2的直径逐渐适应端部配件的区域中的直径的，其中波纹管构件2的轴向端部位于外部固定帽5a, 5b内部并且例如通过点焊连接到这些固定帽5a, 5b。

根据图1和图2的两个实施例尤其关于环形波纹7的轴向延伸部彼此不同。虽然在图1的第一实施例中，波纹管构件2的所有环形波纹7都具有相同的轴向延伸部，但是在图2的第二实施例中，波纹管构件2的中心区域12c设置有具有比其他环形波纹7的轴向延伸部大的轴向延伸部的环形波纹7a。因此，在图2的第二实施例中，波纹管构件2在中心区域12c中具有相对大的平坦区，这导致此中心区域12c的较高刚度。为产生所期望刚度特性，环形波纹7的轴向延伸部可以沿着柔性导管元件1的长度变化。然而，沿着柔性导管元件1的长度设置具有恒定轴向延伸部的环形波纹7（如图1中所示）也是可构思的并且由本实用新型的范围所包括。

布置在波纹状金属波纹管构件2内的互锁构件4由围绕心轴卷绕或弯曲的预成型金属条制作而成。该金属条的相邻边缘被互锁，以用于吸收因导管区段（诸如废气导管区段）的各种运动而导致的位移。

有利地，互锁构件4的卷绕或弯曲在轴向预加负载下执行。此轴向预加负载用于在操作期间增强互锁构件4的刚度和紧密度。此有利效果变得与图2的第二实施例特别相关，其中仅互锁构件4的轴向端部分别（例如通过点焊）连接到内部套筒状元件9a, 9b。然而，在这些轴向端部之间，互锁构件4不由中间管构件3支撑，中间管构件3与互锁构件4间隔开间隙d1。在图2的此实施例中，由于在正常驾驶操作中的负载换档反应，松弛卷绕或弯曲的互锁构件（无轴向预加负载）将高度易受轴向和径向方向上的运动和振动的影响。

定位在波纹管构件2与互锁构件4之间的环形间隙d中的中间管构件3阻挡波纹管构件2和互锁构件4彼此直接接触，并且在周向方向和轴向方向上提供弹性。

在根据图1和图2的两个实施例中，波纹管构件2具有比中间管构件3的外径大的最小内径。因此，设置间隙d2，其防止波纹管构件2和互锁构件3彼此摩擦接触。此间隙d2保护波纹管构件2免受磨损和损坏以防止气体泄漏，并且吸收延伸、压缩和弯曲位移。因此，此间隙d2可以增加柔性导管元件1的寿命。

此外，在图1的第一实施例中，形成在波纹管构件2的最小内径与中间管构件3的外径之间的间隙d2的宽度沿着柔性导管元件1的长度变化。所述间隙d2在柔性导管元件1的长度的中心区域12c中达到最大宽度，并且其朝向轴向端部12a, 12b连续减小，在轴向端部12a, 12b中波纹管构件1与中间管构件3邻接(d2=0)。由于柔性导管元件1的中心区域12c中的间隙d2的增加的宽度，可以可靠地保护在操作期间特别经受高应力的此区域免受由中间管构件3在波纹管构件2的内表面上的滑动移动导致的磨损。通过改变波纹管构件2的波纹状设计，可以实现间隙d2的宽度沿着柔性导管元件1的长度的任何所期望分布以有助于有效绝缘和保护免受磨损作用。

在图1的第一实施例中，波纹管构件2、中间管构件3和外部柔性构件4的轴向端部分别共同夹紧在外部固定帽5a, 5b与内部环形元件8a, 8b之间。从而，中间管构件3在柔性导管元件1的总长度上径向支撑在互锁构件4上，结果，无间隙(d1=0)产生在中间管构件3与互锁构件4之间。另外，中间管构件3可以在一个或多个点处钎焊或焊接到下面的互锁构件4，以用于防止在轴向方向上的相对移动。中间管构件3和互锁构件4的直接径向接触特别能够衰减振动和颤动噪声。

与此相反，在图2的第二实施例中，中间管构件3具有比互锁构件4的外径大的内径，使得柔性导管元件1在中间管构件3与内部互锁构件4之间还设置有间隙d1。由于此间隙d1，可以显著减少中间管构件3的磨损和损坏以及由中间管构件3与互锁构件4的直接接触导致的令人不快的噪声。

如图2中进一步可见，形成在中间管构件3与互锁构件4之间的间隙d1的宽度在轴向柔性导管元件1的总轴向长度上恒定。此间隙d1通过在两个轴向端部12a, 12b处设置具有径向向外的肩部10和径向向内的肩部11的具有阶梯形状的内部套筒状元件9a, 9b而产生。类似在图1的第一实施例中，波纹管构件2和中间管构件3的轴向端部分别夹紧在外部固定帽5a, 5b与内部套筒状元件11的径向向外的肩部10之间。然而，互锁构件4装配到内部套筒状元件9a, 9b的径向向内的肩部11的外部。为了稳定连接，互锁构件4可以在一个或多个点处点焊到此径向向内的肩部11。由于内部套筒状元件9a, 9b的上述阶梯式构造，间隙d1形成在互锁构件4的外部与中间管构件3的内部之间。

此外，与图1的第一实施例相反，在图2的第二实施例中，波纹管构件2的最小内径与中间管构件3的外径之间的间隙d2的宽度在柔性导管元件1的将近总长度上保持恒定或几乎恒定。仅在轴向端部12a, 12b附近，间隙d2的宽度减小到零，因为此处波纹管构件2被夹紧成抵靠互锁构件3的外部。

此外，在根据图2的第二实施例中，形成在中间管构件3的内部与互锁构件4的外部之间的间隙d1的实质上恒定宽度被设置成低于形成在波纹管构件2的内部与中间管构件3的外部之间的间隙d2的实质上恒定宽度。这确保在扩展、压缩或挠曲柔性导管元件1时，间隙d2并不消失，使得波纹管构件2并不触碰中间管构件3。

图3显示柔性导管元件1的第三实施例的轴向端部部分。根据此第三实施例，中间管构件3和互锁构件4的轴向端部夹紧和/或点焊到内部套筒状元件9a的径向向内的肩部11的内部，然而波纹管构件2和覆盖所述波纹管层2的外层6的轴向端部夹紧在固定帽5a与内部套筒状元件9a的径向向外的肩部10之间。采用此布置，形成在波纹管构件2的内部与中间管构件3的外部之间的间隙d2的宽度被最大化，以确保在柔性导管元件1的操作期间不发生波纹管构件2的摩擦阻力和磨损损耗。另一方面，由于这两个构件3, 4彼此直接径向接触，因此中间管构件3与互锁构件4之间的间隙d1被消除(d1=0)，从而提高互锁构件4的阻尼。

根据图4的第四实施例不同于根据图3的第三实施例之处仅在于：中间管构件3和互锁构件4的轴向端部彼此相互接触地(d1=0)装配到内部套筒状元件1的径向向内的肩部11的外部（而非内部）。采用此布置，中间管构件3和互锁构件4与径向向内的肩部11的连接可以在一个或多个点处通过点焊容易地完成。

在图5中所示的第五实施例中，柔性导管元件1的三个基本构件2, 3, 4显示与在根据图4的第四实施例中相同的布置。然而，有利地，此实施例不需要焊接或钎焊来将中间管构件3和互锁构件4放置在适当位置。相反，利用夹紧环13，其通过将这些两个构件3, 4的轴向端部夹紧在所述夹紧环13与内部套筒状元件9a的径向向内的肩部11的外部之间来允许中间管构件3和互锁构件4的固定。通过制止将构件3, 4钎焊或焊接到径向向内的肩部11，可以避免由这些热联接过程引起的应力而导致的机械负载和温度。

根据图3、图4和图5的上文论述的三个实施例中的每一者准许互锁构件4和中间管构件3与内部套筒状元件9a, 9b在完成组装之前通过安装波纹管构件3、外层6和固定帽5a, 5b的预先组装（如果需要，还通过使用夹紧环13）。

为保护柔性导管元件1免受磨损和令人不快的噪声，形成在中间管构件3与互锁构件4之间的间隙d1和/或形成在波纹管构件2与中间管构件3之间的间隙d2足够宽以防止中间管构件3与互锁构件4和/或与波纹管构件2的直接接触，而与柔性导管元件1在操作期间的当前压缩或延伸状态无关。因此，这些d1, d2确保无波纹管构件2和/或互锁构件4的损耗磨损因其在操作期间摩擦接触中间管构件3而发生。

中间管构件3由弹性材料制成，该弹性材料在垂直方向、周向方向和轴向方向上具有弹性，并且具有良好的耐久性和耐热性。为此，优选地，中间管构件3由以下结构中的一者或多者构成：

丝网结构，

针织结构，特别是熔岩石（lava-stone）针织结构，

编织结构，以及

玻璃纤维结构。

中间管构件3可以由这些以上材料结构中的任一者制成或者由其任一组合产生。

通过将丝网结构用于中间管构件3，引导通过柔性导管元件1的废气将不通过中间管构件3进入到金属波纹管构件2中，因为丝网形成或多或少的固体表面，在形成丝网的线束之间具有或多或少的开口。这些线束由多个金属细丝制成，这些金属细丝通常彼此并排接触以形成实质上固体带。这些线束可以在细长心轴（未显示）上缠绕（例如，交织、编织、针织（knit）、织造、成圈等等）在一起以形成柔性织物型的大致筒形制品。

有利地，金属丝的缠绕可以通过针织过程完成。中间管构件3的针织构造是一种优选构造，因为其实现容易安装。针织结构包括几根线。此多线设计可以包括数个细金属丝和额外材料，诸如陶瓷纤维、塑料纤维和类似部件。因此，可以以不同方式影响线针织的操作特性，无论是关于其内部或外部摩擦、其耐磨性或外部影响（诸如热应力或环境的腐蚀性影响）。

有利地，可以利用熔岩石作为用于针织中间管构件3的材料，其是源自大自然的材料并且不像（例如）二氧化硅和/或碳那样昂贵，但是抵抗高温并且可以通过限定包括未受干扰的空气的气穴和空气层作为绝缘层来隔离所引导废气的温度。

另一选择为或另外，中间管构件3可以由具有比针织结构大的刚度的编织结构构成。为提供在其轴向长度上具有不同刚度性质的柔性导管元件1，中间管构件3的至少一个部分可以由普通织造或针织金属纤维制成，并且至少一个其他部分可以由编织材料制成。优选地，这些不同部分被钎焊、针织或胶合在一起。此构思允许预定的位置处具有不同动态刚度的不同部分并且还允许不同的扭转和轴向移动性质。

同样可构思的是，柔性导管元件1包括玻璃纤维结构作为中间管构件3。玻璃纤维材料（尤其是玻璃纤维织物）在例如排气应用中对热的作用具有足够耐热性，并且因此提供进一步增加中间管构件3的绝缘效果的固体绝缘层。

此外，柔性导管元件1设置有外层6，外层6被布置成环绕波纹管构件2并且从而保护波纹管构件2免受外部损坏和磨损。此外层6由轴向柔性材料制成（例如，由织造或针织材料制成），并且导致柔性导管元件1的总体寿命的进一步增加。