(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側要素（ＩＥ）と外側要素（ＡＥ）とからなる管要素（１００〜６００）であって、  内側要素（ＩＥ）と外側要素（ＡＥ）とは、点状、線状に、または部分面で互いに接触しており、
前記内側要素（ＩＥ）は、複数の層（１２１）のうちの１層が、内側要素（ＩＥ）と外側要素（ＡＥ）との接触領域において摩擦層（１２１）を形成している多層構造を有する巻回型ホースからなり、
前記外側要素（ＡＥ）は、回転軸に対して垂直に形成された波形またはスパイラル状の波形を有する、波形ベローズ、ダイアフラムベローズ構造または巻回されたベローズ構造からなり、
内側要素（ＩＥ）と外側要素（ＡＥ）との接触領域において、前記内側要素（ＩＥ）の材料は、前記外側要素（ＡＥ）の材料よりも軟質である、
管要素（１００〜６００）。
【請求項２】
前記摩擦層（１２１）の材料が、前記外側要素（ＡＥ）の材料よりもＨＲ（ロックウェル硬度）またはＨＶ（ビーッカース硬度）において軟質であることを特徴とする、請求項１記載の管要素（１００〜６００）。
【請求項３】
前記内側要素（ＩＥ）が、複数のテープストリップ（１２１，１２２）から作製された可撓性の巻回型ホース（１２０〜６２０，２０〜２７）からなることを特徴とする、請求項１または２記載の管要素（１００〜６００）。
【請求項４】
前記摩擦層（１２１）および／またはテープストリップ（１２１）が、以下の材料：ステンレス鋼、鋼、亜鉛、リン酸亜鉛、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、チタン、タンタル、セラミック、ニッケル、ニッケル基合金、グラファイト、アラミド、黄銅、青銅および／または硫化モリブデンのうちの少なくとも１種を含有するかまたは前記材料からなることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の管要素（１００〜６００）。
【請求項５】
前記外側要素（ＡＥ）が、以下の材料：ステンレス鋼、鋼、亜鉛、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル基合金、銅、チタン、黄銅、青銅および／またはタンタルのうちの少なくとも１種を含有するかまたは前記材料からなることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の管要素（１００〜６００）。
【請求項６】
前記摩擦層（１２１）および／またはテープストリップ（１２１）および／または前記外側要素（ＡＥ）が、熱的または熱化学的な拡散プロセスまたは表面コーティングプロセスによって、表面で少なくとも局所的にコンディショニングされていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の管要素（１００〜６００）。
【請求項７】
前記内側要素（ＩＥ）および／または前記外側要素（ＡＥ）が、前記管要素の少なくとも軸方向セグメントに、非円形断面を有することを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の管要素（１００〜６００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内側要素と外側要素とからなる管要素（Ｌｅｉｔｕｎｇｓｅｌｅｍｅｎｔ）に関する。このような管要素は、好適には自動車の排気管に設置され、個々の剛性な管ユニットを互いに柔軟に接続する。
【０００２】
自動車の排気システムでは、エンジン、ターボまたは補助ユニット内の回転要素の不均衡状態によって主に引き起こされる振動が常に発生する。さらに、内燃機関のパルス形状の圧力変動によって振動が励起される。これらの高い周波数の振動に加えて、１桁および２桁の低いヘルツ範囲内の周波数が、路面起伏やシャーシへのそのフィードバックに関連した走行運動によって励起される。
【０００３】
この場合、上記の管要素は、自動車の排気システムにおけるそのような振動と動きとを切り離す役割を有する。加えて、可能性として考えられる設置公差を補償する。
【０００４】
不十分に減衰されている可撓性の管要素の場合、作動中に排気システムに誘起される振動は、固有周波数を励起させ、ひどい場合には可撓性の管要素に寿命低下につながる。この場合、それらの振動挙動は、それらの質量およびばね剛性によって特徴付けられる。回転軸に対して対称的に形成された波形を有する金属ベローズの場合、小さい固有周波数に関連する固有パターンは、ベローズ構造においてしばしば定常波として存在する縦波であり、それらの振動節点の数は、固有振動数のオーダーで増加する。これらの固有振動数の振幅は、剛性が低くなるにつれて低下する。したがって、このような構成要素の固有振動数は、通常、それらの直径および長さが増加するにつれて減少する。特に、システム設計ゆえに可撓性の管要素の直径および長さがより大きい商用車分野では、特殊形状に適合された減衰システムがない金属ベローズを使用することは有望ではない。
【０００５】
したがって、可撓性の管要素は、振動負荷を受けたときに、好適には摩擦接触に基づいて動作する減衰ユニットを有する。この場合、優先的に金属メッシュまたは金属編組が使用される。
【０００６】
独国特許発明第１９６４１９６３号明細書からは、外側領域および内側領域の両方に、構成要素の全長にわたって管要素の巻回部と接触する金属編組を有する、減衰された管要素が開示されている。この場合、管要素と金属メッシュとの接触領域は、半径方向に完全に取り囲むように延在している。
【０００７】
外側の金属メッシュによって減衰された管要素は、公開公報である独国特許出願公開第１９９２４４７６号明細書、独国特許出願公開第４０４２２９１号明細書および独国特許出願公開第１０２００５０５２２０４号明細書から公知であり、その巻回部の一部は、メッシュと摩擦結合して減衰を生み出し、他の部分は、メッシュと形状結合式または非確動式に結合している。構成要素の全長にわたって延在する外側にある接触領域は、半径方向に完全に取り囲んでいる。この場合、先行技術から公知である減衰を有する管要素は、減衰機能を提供するために、追加の構成要素が常に管要素内に取り付けられなければならないという欠点を有し、これにより、重量および材料が増加することになる。
【０００８】
さらに、独国特許出願公開第１９９１３５６２号明細書からは、振動を減衰させるために互いに接触している外側ベローズとその中に配置された金属ホースとからなる可撓性ホースが公知である。
【０００９】
軽量構造を実現するために、本発明の課題は、追加で取り付けられた減衰要素に起因する重量および材料の大幅な増加なしに、可撓性の減衰された管要素の構造を提供することである。同時に、管要素は、確実に動作し、長い耐用年数を有しているべきである。
【００１０】
この課題は、本発明により請求項１または２記載の管要素によって解決される。これらの管要素の有利な発展形態は、従属請求項に記載されている。
【００１１】
本発明による管要素は、点状、線状に、部分面または全面で互いに接触している内側要素と外側要素とからなる。この場合、減衰機能は、減衰要素によって別個に達成されるのではなく、内側要素または外側要素に組み込まれる。
【００１２】
本発明による管要素では、内側要素は、外側要素に同軸状に配置されている。
【００１３】
第１の実施形態によれば、管要素は、
内側要素が、１つ以上のテープストリップ（Ｂａｎｄｓｔｒｅｉｆｅｎ）から作製された可撓性の巻回型ホース（Ｗｉｃｋｅｌｓｃｈｌａｕｃｈ）から構成され、
管要素（またはその内側要素および／もしくは外側要素）は、構成要素の長さ（すなわち、管要素の軸方向長さ）にわたって延在する摩擦接触保護を有する、
ことを特徴としている。
【００１４】
「摩擦接触保護」は、内側要素と外側要素との間の摩擦による摩耗を最小限に抑える働きをする。特に、接触領域における外側要素の材料の除去を防止するか、または少なくとも低減することができる。これは、例えば、内側要素と外側要素の接触層の適切な材料選択および／または材料処理によって達成することができる。
【００１５】
任意に、片面または両面（内側要素、外側要素）のコンディショニング（Ｋｏｎｄｉｔｉｏｎｉｅｒｕｎｇ）を使用することができる。この場合、例えば、２つの摩擦相手のうちの１つの接触層に必要なコンディショニングは、熱的または熱化学的な拡散法および表面コーティング法に基づくことができる。例示的ではあるが、網羅的ではない方法を下記に挙げる：
浸炭処理、
コールスタライジング（Ｋｏｌｓｔｅｒｉｓｉｎｇ）処理、
（プラズマ、ガス、塩浴）窒化処理、
軟窒化処理、
浸炭窒化処理、
火炎焼入れ処理、
高周波焼入れ処理、
レーザー焼入れ処理、
プラズマ焼入れ処理、
化学ニッケルめっき加工処理、
硬質クロムめっき加工処理、
溶射処理、
硬質材料層または軟質材料層の肉盛溶接処理、
化学蒸着（ＣＶＤ）処理、
物理蒸着（ＰＶＤ）処理、
イオン注入処理、
および／またはレーザー処理法。
【００１６】
第２の実施形態によれば、管要素は、内側要素が多層構造を有し、ここで、内側要素と外側要素との間の接触領域における層のうちの１層が摩擦層を形成することを特徴としている。摩擦層は、例えば、コーティングとしてまたは摩擦を最適化するような材料選択の形態で形成されていてもよい。特に、管要素の２つの層のうち、特に、第１の層は、支持層として機能し、第２の層は、摩擦層（摩耗支持層）を形成する。
【００１７】
記載される２つの実施形態に従った本発明による管要素は、内側要素と外側要素との間の接触によって追加の構成要素なしに減衰が達成され、摩擦接触保護または摩擦層によって外側要素の損傷が防止され得るという利点を有する。こうして、管要素に、高い信頼性と長期寿命が提供される。
【００１８】
内側要素の多層構造は、任意に、素材結合式または形状結合式に互いに結合された複数の層からなり、巻回型ホースへと巻回されるテープストリップによって作製されることができる。テープストリップは、例えば、硬質材料からなるコアを有することができ、これは、他の（より軟質の）材料で少なくとも局所的にコーティングされており、かつ／またはその表面は、少なくとも局所的に処理されている。
【００１９】
あるいは、内側要素の多層構造は、複数のテープストリップから作製された可撓性の巻回型ホースからなることによって達成される。この場合、２つ以上の（典型的には同じ幅の）テープストリップが、巻回型ホースの製造のために成形プロセスと巻回プロセスのパッケージとして、重ね合わせて一緒に供給される。通常、これによって、テープストリップの素材結合式の結合は発生しない。
【００２０】
上記の説明に従って、摩擦層は、例えば、内側要素の表面コーティング、内側要素の表面のコンディショニング、および／または複数のテープストリップのうちの１つによって形成されることができる。
【００２１】
摩擦層の材料は、好適には、摩擦を最適化するように選択される。言い換えれば、これについて、（特に外側要素の）摩耗に関して、接触領域における摩擦層と外側要素との間の摩擦は、摩擦層と外側要素に用いられる２つの同じ材料間の摩擦よりも優れている。特に、摩擦層は、外側要素の材料よりも軟質である（例えば、ロックウェルまたはビッカースによる方法ＨＲまたはＨＶで測定）ので、外側要素ではなく摩擦層が摩擦接触によって除去される。
【００２２】
摩擦層および／または摩擦接触保護および／またはテープストリップは、好適には、以下の材料のうちの少なくとも１種を含有するかまたは該材料からなっていてもよい：
ステンレス鋼、
鋼、
亜鉛、
リン酸亜鉛、
アルミニウム合金、
銅、
チタン、
タンタル、
ニッケル基合金、
グラファイト、
アラミド（例えばＫｅｖｌａｒ（登録商標））、
黄銅、
青銅、
および／または硫化モリブデン。
【００２３】
内側要素または外側要素として、巻回型ホース、巻回型ベローズ（Ｗｉｃｋｅｌｂａｅｌｇｅｎ）、波形ベローズ、または上部成形領域に溶接された回転対称もしくは螺旋状波形がついたダイヤフラムベローズの様々な実施形態が用いられる。外側要素は、好適には、回転軸に対して垂直に形成された波形またはスパイラル状の波形を有する、波形ベローズ、ダイヤフラムベローズ構造または巻回されたベローズ構造からなることができる。巻回されたベローズ構造は、好適には、形状結合式に互いに引っかけられているか、または部分的に重なり合ってもしくは素材結合式に溶接されていてもよい。
【００２４】
さらに、外側要素は、以下の材料のうちの少なくとも１種を含有するかまたは該材料からなっていてもよい：
ステンレス鋼、
鋼、
亜鉛、
アルミニウム合金、
銅、
チタン、
タンタル、
ニッケル基合金、
黄銅、
および／または青銅。
【００２５】
好適には、接触領域において接触する外側要素と内側要素の材料表面は、摩擦摩耗を低減または最小限に抑えるために互いに調整して選択される。この場合、特に、該当する内側要素の材料は、外側要素の材料よりも軟質となるように選択してもよい。
【００２６】
本発明の発展形態によれば、内側要素および／または外側要素は、少なくとも管要素の軸方向セグメントにおいて非円形断面を有することができる。特に、それは、典型的には丸い角を有する多角形断面を有することができる。さらに、非円形の内側／外側要素は、通常、円形の外側／内側要素と組み合わせることができる。この非円形性によって、点状、線状、面状の接触を容易に作り出すことができる。
【００２７】
さらに、内側ホースは、好適には、張力（すなわち、圧縮力により）下で外側ホースの内壁に少なくとも管要素の軸方向部分で当接する。このようにして、ホースが場合により動いても、内側ホースと外側ホースとの間で接触が維持されるようになる。さらに、減衰挙動は、張力の大きさによって影響され得る。
【００２８】
非円形の内側または外側ホースを有する管要素に関する更なる情報は、本出願においてその全体が参照によって援用される、独国特許出願公開第１０２０１５１０２２５８号明細書および独国特許出願公開第１０２０１２０１３９４６号明細書に見出すことができる。
【００２９】
内側および外側のホースの同軸配置を有する管要素に関する更なる情報は、本出願においてその全体が参照によって援用される、独国実用新案第２０２０１５１０４１７７号明細書に見出すことができる。
【００３０】
以下では、本発明を、図面を使って例示的に詳述する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による内側要素の２層のテープストリップの断面を示す図である。
【図２】図１のテープストリップから巻回された内側要素の壁の断面を示す図である。
【図３】図２による内側要素と、上方成形領域に溶接された回転対称または螺旋状波形がついたダイヤフラムベローズの形態の外側要素とを有する管要素の断面を示す図である。
【図４】楕円形の内側要素を有する管要素を正面から見た図である。
【図５】三角形の内側要素を有する管要素を正面から見た図である。
【図６】五角形の内側要素を有する管要素を正面から見た図である。
【図７】四角形の外側要素と、少なくとも１つの半径方向領域において外側要素と直接的に摩擦接触している円形の内側要素とを有する管要素を正面から見た図である。
【図８】内側要素または外側要素として使用することができる、可能性として考えられるが、網羅的ではない多層巻回型ホースの実施形態を断面から見た図である。
【図９】内側要素が、好適には３０％の伸び率を有する多層連結式（ａｇｒａｆｆｆｏｅｒｍｉｇ）巻回型ホースであり、外側要素が波形ベローズからなる管要素の断面を示す図である。
【００３２】
図１は、２層のテープストリップ１２５の断面を示しており、これを巻回して互いに引っかけることによって図２に示される巻回型ホース１２０が製造される。ここで、図２は、ホースの壁の断面を示しており、これは、ホースの軸線Ｘ−Ｘの周りに回転対称に視覚化したものである。
【００３３】
２層のテープストリップ１２５は、平行に走る２つの個々のテープストリップ１２１と１２２とからなる。製造プロセス中、これらの個々のテープストリップ１２１と１２２とは、互いに上下に配置され、共通の処理が行われ、つまり、成形して巻回される。こうして、テープストリップ１２１と１２２との間で形状結合式（しかしながら、通常は素材結合式によらない）結合が得られる。
【００３４】
図３は、内側要素（図面では「ＩＥ」とも示す）としての巻回型ホース１２０と、外側要素１１０（図面では「ＡＥ」とも示す）とから形成されている、本発明による管要素１００を示す。図示される例では、外側要素ＡＥは、上部成形領域に溶接された回転対称または螺旋状波形がついたダイヤフラムベローズ１１０である。図示されるように、内側要素ＩＥの外面は、（少なくとも図示される断面平面において）外側要素ＡＥの内面に接触する。内側要素ＩＥと外側要素ＡＥとの間の接触によって、管要素１００の効果的な振動減衰が達成される。好適には、この場合、接触は、ある予張力の下で行われる。
【００３５】
巻回型ホース１２０の場合、テープストリップ１２１は、半径方向最外位置にあり、巻回型ホースの圧縮状態で、それはホースの外面を専ら形成する。したがって、管要素１００では、このテープストリップ１２１のみが「摩擦層」として外側要素ＡＥと接触する。本発明によれば、このテープストリップ１２１は、外側要素ＡＥに対して摩擦を最適化するように選択される。特に、摩擦を最適化するこの選択は、管要素１００の動作中に、内側要素ＩＥと外側要素ＡＥとの間の摩擦によって受ける外側要素ＡＥの摩耗が可能な限り少なくなるように行うことができる。したがって、テープストリップ１２１の材料（またはそれが均一な材料から構成されていない場合は、少なくともその表面層）は、通常、外側要素ＡＥの材料よりも軟質となるように選択される。次いで、摩擦によって、内側要素ＩＥの材料が主に除去される。したがって、テープストリップ１２１は、結果的に内側要素ＩＥと外側要素ＡＥとの間に摩擦接触保護を形成する。
【００３６】
所望のまたは必要とされる安定性は、第２の内側テープストリップ１２２の適切な選択によって、巻回型ホース１２０に付与することができる。これは、特に、硬質材料からなるか、または熱拡散プロセスによって硬質の硬化表面層を有することができる。
【００３７】
しかしながら、典型的な材料の組合せとして、例示的ではあるが、網羅的ではないものを下記に挙げる：
【表１】
0006490299.tif 000002
【００３８】
内側要素ＩＥおよび外側要素ＡＥの両方は、最も単純な場合には、（ホース軸に対して垂直な）円形断面を有することができる。この場合、要素間の接触は、面状に行われる。
【００３９】
しかしながら、好ましい実施形態では、内側要素ＩＥまたは外側要素ＡＥは、非円形断面を有する（一方で、管要素のそれぞれの他の要素は、円形断面を有する）。通常、この場合は、線状の接点のみ、またはさらに場合によっては点状の接点のみが存在する。内側要素ＩＥが非円形断面を有し、外側要素ＡＥが円形断面を有する場合に特に好ましい。
【００４０】
これに関して、図４には、楕円形の内側要素２２０と円形の外側要素２１０とを有する管要素２００の正面図が示されている。摩擦接触は、１８０°の間隔を置いて軸方向に延在する線の間に生じる。
【００４１】
図５には、三角（三角形）の内側要素３２０と円形の外側要素３１０とを有する管要素３００の正面図が示されている。摩擦接触は、１２０°の間隔を置いて軸方向に延在する線の間に生じる。
【００４２】
図６には、五角形の内側要素４２０と円形の外側要素４１０とを有する管要素４００の正面図が示されている。摩擦接触は、７２°の間隔を置いて軸方向に延在する線の間に生じる。
【００４３】
図７には、四角形の外側要素５１０と円形の内側要素５２０とを有する管要素５００の正面図が示されている。摩擦接触は、９０°の間隔を置いて軸方向に延在する線の間で生じる。
【００４４】
図８は、内側要素ＩＥ（または外側要素）として使用することができる多層巻回型ホース２０〜２７の、可能として考えられるが、網羅的ではない実施形態の断面図を示す。特に、図に示されるすべての管要素１００〜６００の場合、内側要素ＩＥは、巻回型ホース２０〜２７のうちの１つによって形成されていてもよい。以下のものが例示的に示される：
多層連結式巻回型ホース２０、
多層ダブルジョイント式（Ｄｏｐｐｅｌｓｃｈｕｐｐｅｎ）巻回型ホース（ＤＳＳ）２１、
多層ジョイント式（Ｓｃｈｕｐｐｅｎ）巻回型ホース（ＤＳＳ）２２、
好適には６０％の伸び率を有する多層連結式巻回型ホース２３、
好適には１００パーセントの伸び率を有する多層連結式巻回型ホース２４、
互いに引っかけられた多層連結式巻回型ホース２５、
好適には６０％の伸び率を有する互いに引っかけられた多層ダブルジョイント式巻回型ホース２６、
互いに引っかけられた多層ジョイント式巻回型ホース２７。
【００４５】
図９は、内側要素ＩＥが、好適には３０％の伸び率を有する多層連結式巻回型ホース６２０であり、外側要素ＡＥが波形ベローズ６１０からなる管要素６００の断面を示す図である。
【００４６】
図示されるすべての管要素１００〜６００において、外側要素ＡＥは、任意に、巻回型ベローズ、波形ベローズ、または上部成形領域内に溶接された回転対称もしくは螺旋状波形がついたダイヤフラムベローズによって形成されていてもよい。そのような外側要素ＡＥの例は、独国特許出願公開第１０２００８００１２９７号明細書、独国特許出願公開第１０２０１１０５３１３１号明細書および独国特許出願公開第１０２０１３１０４４４６号明細書に見出すことができる。
【符号の説明】
【００４７】
１２１  テープストリップ、  １２２  テープストリップ、  １２５  ２層のテープストリップ、  １２０  ＩＥ  巻回型ホースの内側要素、  Ｘ−Ｘ  ホースの軸線、  １００  管要素、  １１０  ＡＥ  巻回型ホースの外側要素、  １２０  ＩＥ  巻回型ホースの内側要素、  ２００  管要素、  ＡＥ  ２１０  円形の外側要素、  ＩＥ  ２２０  楕円形の内側要素、  ３００  管要素、  ＡＥ  ３１０  円形の外側要素、  ＩＥ  ３２０  三角形の内側要素、  ４００  管要素、  ＡＥ  ４１０  円形の外側要素、  ＡＥ  ４２０  五角形の内側要素、  ５００  管要素、  ＡＥ  ５１０  正方形の外側要素、  ＩＥ  ５２０  円形の内側要素、  ＩＥ  ２０〜２７  巻回型ホース、  ６００  管要素、ＡＥ  ６１０  波形ベローズの外側要素、  ＩＥ  ６２０  多層連結式巻回型ホース
【図１】
0006490299.tif 000003
【図２】
0006490299.tif 000004
【図３】
0006490299.tif 000005
【図４】
0006490299.tif 000006
【図５】
0006490299.tif 000007
【図６】
0006490299.tif 000008
【図７】
0006490299.tif 000009
【図８】
0006490299.tif 000010
【図９】
0006490299.tif 000011