专利名称：具有整体的外部的护罩和/或内部的衬垫的柔性元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及柔性管元件，更具体地，涉及用于管的连接件，特别是用于，但不限于， 内燃机排气管的连接件。
背景技术：
管的连接件，特别是排气管的连接件，已经众所周知。现有的连接件包括具有单独 的内部的衬垫和/或单独的外部的护罩的波纹管(bellows)，该连接件已经被用于排气管 的环境。这样的环境是严酷的。热量在这种管和连接件中产生或者影响热变化。内燃机排 气的环境产生的噪音、振动和声振粗糙度(以下称NVH)需要处理。由于压力的变化，也需要 适应弯曲形式的运动。对流冷却(convection cooling)的方面影响这些管和连接件。用 于这种连接件的支撑和悬挂(suspension)的安装点在各个应用中不同，但是很多现有连 接件在安装的位置或者布局通常不是灵活的。已知的连接装置以各种各样的方法处理这些相关问题，为大量的改进留下了空 间。这些已知的装置通常需要单独的内部的衬垫，以限制波纹管的压缩，从而减少流动介质 对波纹管的冲击(impact)，并且减小紊流和/或外部的护罩以限制扩张，从而在严酷的环 境中保护波纹管并增加NVH抑制性能。这些部件，即内部的衬垫和/或护罩通常增加大量 的成本和复杂性。安装点和硬件需要各种各样的设计(designs)、接合器(adapters)等。过去，波纹管为端面焊接(edge welded)。但是端面焊接的波纹管没有整体的内部 的衬垫或外部的护罩，并且在用于安装时缺少柔性(flexibility)。已经提出了使用液压形 成的、弹性体形成的或者机械形成的波纹管。但是这样的波纹管受材料规格和形成工序的 限制，因此需要单独的外部的护罩和/或内部的衬垫。同样材料的限制在传统的波纹管上 明显体现，同时约束了它的一个主要目的，即在具备柔性的条件下具备耐用性。模铸的波纹 管也具有上述同样的顾虑。如上所述的传统的波纹管的另外的缺陷为传统的波纹管的底座 /铰链支撑件的复杂性而不是波纹管的端部的复杂性。从而，亟需独特的将所有部件(波纹管、外部的护罩和/或内部的衬垫，底座/铰 链)合并为整体，以克服并改善现有公知的连接件的特征。也亟需在波纹管褶的位置提供相当的柔性，以更好地优化所有功能，特别上述的 环境条件下的功能。
发明内容
为了这些目的，本发明优选的实施方式包括柔性元件，该柔性元件为管弹性连接 的基础，并且该柔性元件作为热量场、压力变化、运动(例如弯曲)、噪音、振动和不平顺性 (NVH)的补偿，或者提供对流冷却和其它优点。相比现有技术包括由设置有分离的内部的衬垫和/或分离的外部的护罩的波纹 管组成的柔性气密元件，本发明包括具有整体的外部的护罩和/或整体的内部的衬垫的波 纹管。若干元件可以添加到具有整体的外部的护罩和/或整体的内部的衬垫的波纹管上， 以在独特的结构上获得额外的功能。本发明可以由各种各样的材料制成，并且由任意数量 的类似材料或者不同厚度的材料制成。上面提到的整体结构设置有气密的但是柔性的连接，该气密柔性连接可以进行补 偿，并且实现热量场、压力变化、运动(例如弯曲)、噪音、振动和不平顺性(NVH)或者其它环 境条件的补偿。这个新构思提高了管道系统的寿命，NVH补偿组件的减轻，可用的冷却表面和提供 了柔性的安装/铰接点(mounting/hinging point)。本发明通过整体的内部的衬垫和/或 外部的护罩的波纹管以较低的总成本实现上述功能。从而，本发明提供具有合并有额外功能(如安装/铰接)的整体结构的较优并且 较低成本的产品。更具体的是，本发明的整体的波纹管结构通过把两个成形的(通过冲压、模制、切 割或者其它这种成形方法而形成)圆盘粘接(焊接、化学连接或者其它粘接方法)在一起 形成波纹管的褶来获得。在两个粘接端部的重叠部分用于形成外部的护罩和/或内部的衬 垫。可以粘接任意数量的褶以形成更大且更有柔性的具有整体的外部的护罩和/或整体的 内部的衬垫的波纹管。波纹管的结构可以考虑多个管道的厚度，各种各样的端部结构，各种 各样的材料和厚度，外部的护罩或者内部的衬垫的重叠几何体和其它这样的变化。重叠区 域(在圆盘的端部)可以改变从而增加额外的特征，例如限制延伸或者提供安装的杆或绳。 通过端部特征可以在褶和弯管之间增加衰减材料，以制造具有衰减性能的波纹管组件。
通过下面对优选实施方式的文字描述和附图，本发明的上述和其它的目的和优点 将更容易的清晰呈现，以及图1为本发明一种实施方式的具有限定有整体的外部的护罩和整体的内部的衬 垫的波纹管的等距视图；图IA为沿图1中的线1A-1A的图1所示的本发明横截面视图；并且表示具有与波 纹管形成为整体的内部的衬垫和外部的护罩的多褶波纹管的两个褶(convolution)；图IB为与图IA相似的的横截面视图，但是为具有端部重叠最小化的盘式概念的 一种替换波纹管的本发明的一种替换实施方式；图IC为与图IA相似的的横截面视图，但是为表示只具有整体的外部的护罩的本 发明的另一种替换实施方式；图ID为与图IA相似的的横截面视图，但是为表示只有整体的内部的衬垫的本发 明的另一种替换实施方式；
图IE为与图IA相似的的横截面说明视图，但是为表示具有替换的重叠端部的波 纹管的一个褶，以简化端部连接后的形成工序。图IF为与图IA相似的的横截面视图，但是说明具有整体的外部的护罩和整体的 内部的衬垫的本发明的替换实施方式，并且表示便于波纹管所需的运动的不同高度的三个 褶；图IG为与图IA相似的的横截面视图，但是为说明具有整体的外部的护罩和内部 的衬垫的本发明的一种替换实施方式，内部的衬垫的几何形状可以改进，以优化管道系统 中介质的流量和NVH特性，或外部的护罩中的屏蔽性能；图2为本发明的一种替换实施方式的具有整体的内部的衬垫和整体的外部的护 罩的波纹管的等距视图，其中外部的护罩具有穿过外部的护罩上的孔的绳或杆以提供波纹 管的延伸限位；图3为本发明的一种替换实施方式的具有整体的内部的衬垫和整体的外部的护 罩的波纹管的等距视图，在该波纹管的褶之间增加衰减介质，并且通过外部的护罩固定以 增加波纹管的衰减性能；图3A为图3的具有整体的内部的衬垫和整体的外部的护罩的波纹管沿线3A-3A 的横截面视图，该波纹管在褶之间增加衰减介质，并且通过外部的护罩固定以增加波纹管 的衰减性能；图4为本发明的一种替换实施方式的具有整体的底座/铰链支撑件的波纹管的等 距视图，其中一个褶(根据应用可以选择任意一个横穿波纹管的褶)具有限定安装特征的 特定的内部的衬垫和外圆盘；图4A为图4的具有整体的底座/铰链支撑件的波纹管的横截面视图，表示在图IA 中的本发明弯曲除安装特征外的整体的内部的衬垫和整体的外部的护罩特征之前的褶；图5为说明附加的端盖的实施方式的波纹管单元的透视图；图6为具有图5所示的端盖的波纹管的部分横截面视图；图7为与图6相似的横截面视图，但是为具有端盖的一种替换波纹管的一部分；图8为与图4A相似的横截面视图，但是结合波纹管显示端盖的用途；以及图9为说明形成波纹管的圆盘和它们的促进冷却的外凸缘的修改实施方式的横 截面视图。指示出的中心线“CL”在某些附图中显示，中心线或轴线适于清楚地显示结构关于 其对称。
具体实施例方式很容易理解地，正如本发明此处的附图和附属文字的大致描述，本发明的构件和 步骤可以利用本发明的思想在较大范围内变化的不同结构来布置和设计。例如，圆盘部件和任意波纹管的褶的数量也可以随着它们径向和周向的延伸，重 叠的结构等改变。因此，如附图和附属文字所描述的，下面对本发明的系统和方法的优选实施方式 所做得更详细的说明，正如所声明的那样并不用于限制本发明要求的范围，而是仅作为本 发明目前的典型的优选实施方式。然而，应该理解的是描述的具体实施方式
主要涉及“波纹管”，但是具体地和优选地包括用于管的连接件。本发明的优选实施方式通过结合附图理解最佳，其中相似的部件或者步骤始终用 相似的数字标记。在附图中，设置点划中心线用于清楚波纹管大致关于其对称，除了图4和 图4A。图1描述了具有多个褶的单个波纹管单元，每个均由两个圆盘10，20(图1A)形成。参考图1和图1A，两个圆盘粘接形成波纹管褶的内半部分10和波纹管褶的外半部 分20。两个或者多个褶可以粘接形成多褶波纹管5。添加到波纹管中的褶越多，运动的范 围就越大，设置的挠性的耐用性就越长，对于NVH的补偿性能(介于波纹管的其它性能的标 准之间)的刚度越低。参考图1A，一个褶fe的圆盘10和20的重叠部分形成整体的外部的护罩11，并且 褶fe的圆盘20与褶恥的圆盘10的重叠部分形成整体的内部的衬垫21。通过把两个成 形的(冲压、模制、切割或者其它成形方法)圆盘10和20粘接(通过焊接、化学连接或者 其它粘接方法)在一起形成波纹管12的褶。在相应的粘接端部的重叠部分用于形成外部 的护罩11和/或内部的衬垫21。外部的护罩11用于保护波纹管12免受外部环境的损害 并且(与其它部件一起)对波纹管提供延伸限制。内部的衬垫21用于保护波纹管12免受 管道系统中的介质的损害，以减少紊流和改善NVH性能，并且提供压缩限位(compression stop)ο参考图1B，内圆盘30和外圆盘40以及粘接方法可以设计为使材料的重叠最小化， 并且减少材料。单层的外部的护罩31和单层的内部的衬垫41设置在波纹管32中。参考图1C，波纹管52可以具有内圆盘50和外圆盘60以形成只有外部的护罩51 的波纹管52。参考图1D，波纹管72可以具有内圆盘70和外圆盘80以形成只有内部的衬垫81 的波纹管72。一个或者多个凹褶(concave convolutions) 75 (从外波纹管72看)限定波 纹管72，每个褶部分地由通过焊接连接的圆盘70和圆盘80限定，例如，在各自的圆盘70和 80的接合点82形成各自的褶。参考图1E，对应的内圆盘90和外圆盘100在91的几何重叠部分可以以很多方法 优化，以利于它形成(粘接之后)需要的内部的衬垫或者外部的护罩。因此，图IE说明了 最初连接在一起的两个圆盘90和100的中间结构，并且等待几何重叠部分91进一步的成 形、弯曲等。图IF说明了褶的尺寸可以变化，以改变波纹管的性能。在该图中，具有内圆盘110 和外圆盘120的较小的褶111形成褶，考虑到更大的运动(即弯曲)范围和NVH性能，这个 褶可以嵌套在较大的褶112和113之间。每个褶111、112和113由各自的圆盘110和120、 IlOa和120a以及IlOb和120b形成。此结构中，例如，重叠部分122、123和IM形成部分 的外部的护罩，同时重叠部分1沈、127等形成部分的内部的衬垫。参考图1G，如上所述，为了最佳的功能目的，内圆盘130和外圆盘140的端部的几 何形状可以以各种各样的方法制造以优化内部的衬垫131或者外部的护罩。所有的图1至图1G，应该注意各个护罩和内部的衬垫构件(除了护罩122-1 和 内部的衬垫131)为基本对齐的。参考图2，杆或者盖或者带有螺纹的螺钉170可以螺接穿过外部的护罩171 (由例
7如圆盘150和160形成)上的孔，如图IE所示，以提供NVH衰减和/或延伸限制。在杆或 盖170设置的延伸限制避免波纹管超过设计的弹性极限。参考并且注意图4A，支撑件225限定了用于在隔离的金属孔眼229中容纳挂钩 228 的孔 227。参考图3和图3A的波纹管175，内圆盘180和外圆盘190的结构使得因此而形成 的外部的护罩195在如图在褶之间限定填有衰减介质200 (如金属网或者合成材料)腔室 并提供波纹管的衰减性能。整体的内护罩196由圆盘180和190的内部重叠部分形成。参考图4和图4A，波纹管200的选择的褶各自的圆盘210和220可以设计为如其 中一种情况所示的具有限定底座/铰链支撑件225的特征。这些盘的厚度可以与在波纹管 上选择的褶的其它圆盘的厚度不同。还有，这个褶的位置可以在沿波纹管上的任意点。准 确的安装结构取决于应用。本发明的另一方面考虑并且解决了上述元件和结构与在例如排气系统中发现的 具有相对较厚的壁连接管或构件的互连，。更特别的，应该注意的是上述柔性元件和波纹管装置在内燃机的排气系统中具有 特别的适用性或者用途，其中该系统中(未图示)的管道、导管或者它们的连接结构相对于 包括上述波纹管构件或者冲压件的部件较厚。在这样或其它的情况，可以理解上述本发明 的柔性波纹管在该系统中如何可操作地彼此连接或者如何可操作地连接到特定的连接管 道或者其它排气构件。为了这个目的，本发明还考虑了波纹管与端盖的上述波纹管的配合设置为波纹管 的端部的焊接或者其他连接方式，更具体的是端部波纹管构件、圆盘或者冲压件。端盖比波 纹管圆盘更厚，以便于能够焊接到波纹管和排气系统的更厚的导管或者管构件。在图5-图8中举例说明本发明的这方面，图5例举向波纹管252增加端盖250、 251的透视图，如以前图IG中所说明的，例如，其中多层的凸缘13 的形成与图IG所示的 凸缘132不同，而是如图5所示凸缘径向向外延伸。应该注意的是每个端盖250、251具有 径向向外延伸的凸缘253、254，主体255、256和内部轴向延伸的圆柱形凸台257、258。端盖 外面部分的主体255、256如图大致分别部分地对应于替换的冲压件130a、140a的外面部 分的形状。凸缘253、2M焊接到波纹管向外的径向凸缘13加。优选地，端盖250、251比例 如冲压件或者圆盘103a、140a厚，但是不会太厚而对它们焊接到冲压件产生不利影响。同 时，圆柱形凸台257、258足够厚，以焊接到如排气系统的管(pipe)、管件(tube)或者导管 (conduit)的端部连接部。图5的细节还在图6中图示，其中为了清楚只有波纹管252的一半和端盖250、251 在侧视截面图中显示。波纹管252和端盖250、251关于中心线CL改进，同时内部的衬垫凸 缘131a如图所示向内延伸。与上述描述相似的端盖对如上描述的各种结构的柔性波纹管在某种程度上是有 用的。例如，图7说明了与图IA所示相似的结构的波纹管271 —起使用的端盖270。在 图7中，只有一个端盖270图示在波纹管271的部分横截面中，应该理解的是另一个端盖用 于波纹管271的相反端部。 在图7中，端盖270具有形成在它的上端如波纹管圆盘或者冲压件20a的主体272和沿圆盘IOa的上凸缘Ila的凸缘273。端盖270具有内部的轴向延伸的圆柱形凸台274， 该凸台274用于连接到例如排气系统(未图示)的管道系统或者导管。端盖270的厚度大于圆盘10a、20a，但是不至于厚到妨碍凸缘273焊接到凸缘 Ila0另外，它的厚度利于它焊接或者连接到排气系统的较厚的更坚固的构件。为了清楚， 与图6相似地，只有围绕中心线CL的波纹管271端盖270的一部分示出。图8例举了例如图4A的波纹管一样的波纹管四0，但是该波纹管所有围绕中心线 CL的端盖291、292都进行了改进。端盖291、292具有径向延伸的凸缘四3、294各自焊接到如图所示的波纹管290的 凸缘四5、四6，并且这种结构中的所有凸缘从中心线CL向外径向延伸。端盖291、292具有分别形成在它们的上端如圆盘220a和210a的主体四7、298和 内部轴向延伸的圆柱形凸台四9、230，它们用于与例如排气系统的构件互连。其它构件如图4A那样进行编号。根据本发明的另一方面，应该注意的是此处描述的具体实施方式
的各种各样 的波纹管结构的向外延伸的凸缘可以焊接在一起，然后相互之间刻槽(fluted)或展开 (splayed)从而向周围环境呈现出更多的表区域积，促进波纹管和使用波纹管的系统的冷 却。因此，例如，图1A、图1C、图1E、图1F、图1G、图4A、图5、图6、图7和图8所示的向外的 凸缘可以这样设置。图9说明了本发明的这方面，其中图示了限定多个构件波纹管(在前面的多个附 图中图示的那样)的褶的两个圆盘310、312。圆盘310、312具有向外延伸但是间隔展开的 凸缘314、316，该凸缘314、316延伸超过焊接点317，从而为了冷却而将额外表面区域暴露 在环境中。另外，波纹管和圆盘与如上所述的相似。这些和其它的可选择方案、变形和优点对本领域技术人员来说将变得极其显而易 见了，本发明相关的和本申请将联系到的仅由随附的权利要求限定。
权利要求
1.一种流体导管的连接件，该连接件包括 多个圆盘；每个圆盘具有边缘部，该边缘部设置为限定整体的内部的衬垫或者整体的外部的护罩 中的一个的至少一部分；以及各个圆盘可操作地连接在一起，以形成多个褶，该多个褶限定用于在多个流体导管之 间可操作连接的内部通道。
2.一种柔性连接件，该柔性连接件包括 由多个褶限定的波纹管；每个褶包括两个成形的圆盘，该两个成形的圆盘具有间隔的部分和连接在一起的凸缘部；所述凸缘部形成与所述波纹管为整体的护罩或者衬垫中的一个。
3.根据权利要求2所述的柔性连接件，其中，所述凸缘部沿所述褶的径向向外延伸。
4.根据权利要求3所述的柔性连接件，其中，所述凸缘部相对于所述波纹管沿轴向方 向延伸，并且限定所述护罩。
5.根据权利要求2所述的柔性连接件，其中，所述凸缘部向内设置在所述波纹管的内部。
6.根据权利要求4所述的柔性连接件，其中，所述凸缘部在所述波纹管内轴向延伸，并 且形成衬垫。
7.根据权利要求1所述的柔性连接件，其中，连接在一起的所述凸缘部形成两个相邻 的圆盘，并且向包括其它褶的圆盘的其它连接的凸缘部的外部径向延伸。
8.根据权利要求7所述的柔性连接件，其中，该连接件包括所述两个相邻的圆盘的所 述连接的凸缘部中的孔，以及所述连接件中用于支撑该连接件的孔。
9.根据权利要求2所述的柔性连接件，其中，所述波纹管具有各个端部，该各个端部由 位于每个所述端部的圆盘限定，并且所述连接件还包括固定于位于所述波纹管的每个端部 的所述圆盘的端盖。
10.根据权利要求9所述的柔性连接件，其中，至少一个所述端盖的材料的厚度大于固 定该端盖的所述圆盘的厚度。
11.根据权利要求9所述的柔性连接件，其中，所述端盖具有凸缘，该凸缘连接于相邻 的圆盘的凸缘。
12.根据权利要求2所述的柔性连接件，其中，一个褶的连接的第一凸缘部和第二凸缘 部和另一个相邻的褶的第三凸缘部和第四凸缘部向所述波纹管的外部延伸，并且一起限定 腔室，所述连接件还包括在所述腔室中的运动衰减材料。
13.根据权利要求12所述的柔性连接件，其中，所述运动衰减材料保持在所述腔室中。
14.根据权利要求2所述的柔性连接件，该连接件还包括连接膨胀限位器，该连接膨胀 限位器与各个褶的圆盘的向外延伸的凸缘部可操作地配合安装。
15.根据权利要求2所述的柔性连接件，其中，褶包括向外设置的凸缘部和向内设置的 凸缘部。
16.根据权利要求15所述的柔性连接件，其中，所述向外的凸缘部限定护罩。
17.根据权利要求15所述的柔性连接件，其中，所述向内的凸缘部限定衬垫。
18.根据权利要求15所述的柔性连接件，其中，所述向外的凸缘部形成护罩，并且所述 向内的凸缘部限定衬垫。
19.根据权利要求2所述的柔性连接件，其中，一个褶比另外一个褶向外延伸得远。
20.一种柔性连接件，该柔性连接件包括 由多个褶限定的波纹管；每个褶由具有间隔的部分的两个成形的圆盘限定，所述圆盘中的至少一个具有凸缘部件；所述凸缘部件限定所述波纹管的外部的护罩或者内部的衬垫中的一个。
21.根据权利要求20所述的柔性连接件，其中，所述圆盘中的一个圆盘的凸缘部件向 外设置，以限定所述护罩，并且所述圆盘的其他圆盘的凸缘部件向内设置，以限定所述衬垫。
22.根据权利要求20所述的柔性连接件，其中，所述两个圆盘中的每一个具有向外设 置的凸缘部件和向内设置的凸缘部件，所述两个圆盘的向外设置的凸缘部件结合而限定护罩，所述两个圆盘的向内设置的凸 缘部件结合而限定衬垫。
全文摘要
一种用于连接管的柔性波纹管(12，32，52，72，175，200，252，271，290)，该柔性波纹管包括具有整体的延伸部(11，21)的组合褶，所述延伸部形成外部的护罩或者内部的衬垫中的一个或者两个，以增强连接的性能。
具体实施方式
包含衰减器(200)、挂钩(228)和褶的改变。公开了各种各样的实施方式。
文档编号F01N13/18GK102089561SQ200980125083
公开日2011年6月8日 申请日期2009年5月13日 优先权日2008年5月13日
发明者G·莱恩, P·沙欣, R·扬森 申请人:美国鲍尔有限公司