CN101558223A - 用于将排气装置连接到内燃机上的夹紧法兰结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将排气装置连接到内燃机上的夹紧法兰结构(1)，具有至少一个构成在内燃机(2)上构成的侧凹(4)，在该侧凹中置入地设置一个夹紧法兰(8)的一个法兰区域(5)，并且具有至少一个螺栓(11)，该螺栓旋入到一个为内燃机(2)配设的螺纹(22)中并且以一个端部对排气装置的夹紧法兰(8)或一个固定在夹紧法兰(8)上的管(6)尤其是弯管(19)夹紧地加载。在此规定，所述螺纹(22)构成在支承部件(12)中，该支承部件可移位地支撑在内燃机(2)的一个对应支承(13)上。

Description

用于将排气装置连接到内燃机上的夹紧法兰结构
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的用于将排气装置连接到内燃机上的夹紧法兰结构。
背景技术
已知一些用于将排气装置连接到内燃机上的夹紧法兰结构。它们用于提供一种排气管尤其是排气弯管与内燃机排气通道的连接，其中，这些弯管由于内燃机的热废气而经受高的热负荷。由于热负荷引起的内燃机弯管和/或出口区域的尺寸变化必需由夹紧法兰结构以一种这样的方式和方法承受，以致密封地保持连接。同时期望一种简单的装配和/或拆卸。为此例如由DE 42 05 454 A1已知一种用于将弯管连接到气缸头上的装置，其中，弯管借助一个夹紧法兰设置在内燃机的出口通道的区域中并且通过一个横向于密封面对弯管的上侧进行力加载的螺钉保持，该螺钉通过其螺纹支撑在一个与发动机组一体构成的内螺纹中。在这种和其它已知的结构中存在的缺陷是，由于尤其是弯管的热膨胀引起的相对于内燃机发动机组的长度变化导致了保持弯管的螺栓的区域中的横向力和/或导致了弯管和/或螺栓自由区域的变形。另一缺陷是，这种结构有产生氧化皮的倾向，因为一方面通常情况下所使用的材料即用于内燃机发动机组的铝和用于保持弯管的螺栓的钢在这种组合中有腐蚀的倾向，并且由于强烈的热作用产生氧化皮，由此在内燃机长年的运行后仍只能非常困难地松开夹紧弯管的螺栓。
发明内容
因此本发明的目的是，提供一种用于将排气装置连接到内燃机上的夹紧法兰结构，它避免了上述缺陷。
为此建议一种用于将排气装置连接到内燃机上的夹紧法兰结构，具有至少一个构成在内燃机上构成的侧凹，在该侧凹中置入地设置一个夹紧法兰的一个法兰区域，并且具有至少一个螺栓，该螺栓旋入到一个为内燃机配设的螺纹中并且以一个端部对排气装置的夹紧法兰或一个固定在夹紧法兰上的管尤其是弯管夹紧地加载。在此规定，所述螺纹构成在一个支承部件中，该支承部件可移位地支撑在内燃机的一个对应支承上。与在现有技术中已知的实施例类似，螺栓夹紧地对弯管进行加载，因此螺栓在螺纹中进行导引，该螺纹构成在一个支承部件中并且在此可移位地设置，用于承受由于尤其是弯管但是也包括内燃机尤其是发动机组的热负荷引起的尺寸变化而引起的横向力和变形。因此在其中导引螺栓的螺纹不是固定地尤其不是与内燃机气缸头一体地构成的，而是可以相对于这个气缸头或相对于内燃机移位。
在一种优选的实施形式中规定，所述支承部件是摆动支承部件。一个摆动支承部件是一种这样支承部件，以致它能够绕摆动轴线偏转。
在另一种实施形式中规定，所述支承部件是移动支承部件。一个移动支承部件能够在一个横向于螺栓纵伸延伸的移动平面中偏移，尤其是滑动地偏移。
还规定，所述夹紧法兰在一个密封平面内贴靠在内燃机上。由此在夹紧法兰与内燃机之间构成一个平面，夹紧法兰与内燃机在接触位置位于该平面内，并且在该平面内实现密封。
在另一种优选的实施形式中规定，所述支承部件绕一条摆动轴线可偏转，该摆动轴线横向于螺栓的螺栓纵轴线延伸以及与螺栓纵轴线相交并且位于一个夹紧平面内，所述螺栓轴线位于该夹紧平面内，其中，夹紧平面与密封平面形成一个90°角。因此支承部件具有一条摆动轴线，支承部件绕该摆动轴线可偏转。该摆动轴线横向于螺栓的螺栓纵轴线并且与螺栓纵轴线相交。该摆动轴线还位于一个夹紧平面内，螺栓纵轴线也位于该夹紧平面内，其中，夹紧平面与密封平面形成一个90°角。
在另一种优选的实施形式中规定，所述夹紧平面穿过或基本穿过排气装置的借助夹紧法兰连接到内燃机上的管尤其是弯管的中心延伸。在此指的是，在内燃机附近看，夹紧平面作为平面刚好穿过这个管的中心延伸，在该平面中，由螺栓施加的夹紧力作用到管尤其是弯管上。在此还指的是，尤其受到热膨胀和热的尺寸变化限制，不需使夹紧平面正好穿过所连接的管的中心延伸。如果例如该管由于在具有热气体的运行中的热膨胀而以小的距离朝一个或另一方向运动，这尤其在外置在发动机组上的(也就是第一或最后的)管中可清楚地看到，由此产生一个夹紧平面的走向，该走向不是正好穿过管中心，而是刚好以这个距离偏心。
在另一种实施形式中规定，所述移动支承部件沿着一个偏移方向可移位，该偏移方向与夹紧平面形成一个90°角。在夹紧平面中(或者基本在夹紧平面中)通过螺栓实现力加载，其中，在偏移方向上，实现由于热的尺寸变化尤其是长度变化引起的相应的管相对于内燃机的偏移。移动支承部件正好沿着这个偏移方向可移位，由此使管的长度或尺寸变化可以同时进行，而不会不利地改变螺栓相对于管的力作用。
还规定，所述螺栓位于夹紧法兰的一侧上，并且法兰区域设置在夹紧法兰的与该侧对置的一侧上。在此夹紧法兰尤其构成为管的端部区域，其中，螺栓贴靠或作用在夹紧法兰的一侧上，而置入地设置在侧凹中的法兰区域则设置在夹紧法兰的与该侧对置的一侧上。以这种方式在力加载时只用一个螺栓就得到基本上中心地穿过管延伸的具有均匀力分解和夹紧作用的力加载。
在另一种实施形式中规定，所述管尤其是弯管构成为弹性挠曲的，尤其是至少在螺栓的加载区域构成为弹性挠曲的。通过选择适合的材料能够很大程度上自由地确定所述管的弹性尤其是弹性可变形性。通过所述管的这种弹性构成可以在很大程度上自由地确定在螺栓的加载区域中的预紧力。由此即使在所述管的由于热引起的尺寸变化时也得到一个对于可靠的、密封的夹紧连接总是足够的预紧力。这个预紧力也不会由于螺栓在移动支承部件中的偏转而产生不利影响。尽管绕摆动轴线的偏转导致了在摆动轴线与加载区域之间的距离的长度变化，其中螺栓当然不会跟随这个长度变化，而是在其长度上保持不变。但是由此产生的长度差通过预紧力没有缺陷地被补偿了，预紧力通过所述管的弹性结构产生。
在另一种优选的实施形式中，所述法兰区域与侧凹一起形成一种用于管、尤其是弯管的防转保险。在此法兰区域和与法兰区域对应的侧凹这样构成，使得它们例如通过凸出部或相对于管切向延伸的定位区域的结构相对于内燃机不允许所述管绕其中心或该中心以外的旋转点的扭转。尤其是法兰区域可以构成为与管一体地在管外圆周侧设置的、切向的、单侧的定位面。
由从属权利要求和由其组合给出其它有利的实施形式。
附图说明
下面借助于附图详细解释本发明。附图中：
图1  按照本发明的夹紧法兰结构的立体图，
图2  按照本发明的夹紧法兰结构的纵剖面图，
图3  按照本发明的夹紧法兰结构的横剖面图。
具体实施方式
图1示出了只局部表示的内燃机2的一个未示出的排气装置的夹紧法兰结构1。在内燃机2上在具有超尺寸的壁孔3中在下侧设置侧凹4，它与在管6上在下侧构成的法兰区域5共同作用。在其上一体地构成法兰区域5的管6以一个沿轴向纵伸看朝向内燃机2的端部区域7连在内燃机2上。在此，端部区域7构成一个夹紧法兰8，它在其与法兰区域5对置的上侧9上具有一个加载区域10，它由一个螺栓11加载。螺栓11旋入到为内燃机2配设的、在这里不可见的螺纹中，该螺纹构成在一个支承部件12中，该支承部件支撑在一个与法兰区域5对置的、构成在内燃机2上的对应支承13上。为此螺栓11伸过一个在引入到对应支承13中的对应支承孔14，它相对于螺栓11的直径具有明显的超尺寸，以允许螺栓11在对应支承孔14中的径向间隙。支承部件12以其背离管6的、朝向对应支承13的支承部件上侧15这样地构成圆柱形的区段，使得支承部件上侧15如一个圆柱形的外壳面那样构成。因此支承部件12具有一个半圆形或几乎半圆形的横截面。对应支承13以其对应支承下侧16具有一个与其对应的、形状匹配的几何形状。在此，支承部件上侧15和对应支承下侧16形成滑动面17。因此支承部件12借助滑动面17绕一条摆动轴线18可偏转。因为壁孔3相对于夹紧法兰8具有超尺寸，因此管6可以沿水平方向RH在微小的范围内进行水平运动，其中，支承部件12通过螺栓11由一个通过这个偏移起作用的横向力Q加载并由此绕摆动轴线18偏转，其中支承部件12在对应支承13上通过支承部件上侧15和对应支承下侧16即滑动面17滑动地支撑。尤其是构成为弯管19的管6的热膨胀可以由此在保持良好的密封压紧的情况下通过螺栓11补偿到内燃机2上。
图2示出了夹紧法兰结构1的横剖面图。在内燃机2上，对应支承13设置有围绕螺栓11的对应支承孔14，其中，在图1中所述的支承部件12绕摆动轴线18可偏转地设置在对应支承13中。为此在对应支承13中构成一个肓孔20，它以其支承部件背侧在圆周侧至少部分地围绕支承部件12并因此能够确定地布置在对应支承13中，如图1所述的那样，支承部件至少部分地构成为柱形的、尤其是一个圆柱形的区段。在支承部件12中具有作为内螺纹23的螺纹22，在螺栓11的纵伸中的一个优选中间的区域25中的外螺纹24对应于该内螺纹。因此螺栓11在螺纹22中可以通过轴向旋转进行纵向调整，由此改变其从支承部件12下侧伸出的加压端部26的长度。如果将螺栓11从螺纹22中旋出，例如借助一个在其与加压端部对置的栓头端部27上构成的工具嵌接部件，由此使螺栓11运动离开构成在管6上的夹紧法兰8；相反，如果将螺栓旋入螺纹22中，它被移动到夹紧法兰上，直到它接触夹紧法兰的加载区域10并且以力FS加载为止。通过以力FS加载，夹紧法兰8通过力FS的分解矢量一方面以其设置在加载区域10对面的法兰区域5压紧到设置在内燃机2上的壁孔3的侧凹4中，另一方面朝管6的端部区域7的最外的端部方向压紧到内燃机2上。为此内燃机2具有一个管定位面28，其中，管定位面28和管6的端部区域7在接触位置相互间在一个密封平面29内对置。为了排气通过，管定位面28配有一个通到管6中的换气通道30。在管定位面28与管6的端部区域7之间可以有利地设置一个在这里未示出的密封件，它由于其材料特性起到在管6与管定位面28之间更好密封的作用。沿着螺栓纵轴线31施加力FS，该纵轴线与摆动轴线18一起定义一个夹紧平面36，该夹紧平面与密封平面29形成90°角。在静止位置(尤其就是在内燃机2和管6的冷态)，夹紧平面36在夹紧法兰8区域穿过管6的中心37延伸。在加载区域10，夹紧平面通过矢量分布分解成密封压紧力FD以及法兰夹紧力FF。密封压紧力FD将管6的端部区域7压紧到管定位面28上，而且在密封平面29内；法兰夹紧力FF使管6以法兰区域5压紧到侧凹4中。由此保证，在密封平面29中最佳密封的情况下只用一个螺栓27就得到了夹紧法兰8继而管6在内燃机2上的确定的配合。
图3以横剖面图示出了上述的夹紧法兰结构1。旋入到支承部件12中的螺栓11通过其在支承部件12中的支撑以力FS对管6的夹紧法兰8的加载区域10进行加载，支承部件其本身支撑在对应支承13上。夹紧法兰8以法兰区域5置入地设置在由于透视而在这里不可见的侧凹4中，其中，夹紧法兰8在内燃机2上构成的壁孔3内沿水平方向RH可以水平偏移VH，尤其是通过构成为弯管19的管6的热膨胀。力FS在加载区域10导入到夹紧法兰8中，由此通过的方式是，螺栓11在支撑在对应支承13上的支承部件12中使支撑力FA通过支承部件12导入到对应支承13中。此外通过侧凹4将法兰夹紧力FF导入到内燃机2中。通过略微的水平偏移VH使支承部件12绕摆动轴线18偏转，其中，支承部件一如既往地支撑在对应支承13上，如同前面在图1和图2中所述的那样。因为通过这种偏移运动，在支承部件12与加载区域10之间的距离d略微加大，但是螺栓11的加压端部26保持长度不变，螺栓11在其在支承部件12中的轴向位置方面也保持不变，由此使作用到加载区域10上的力FS略微减小。为了令人满意地补偿这一点，螺栓11在夹紧法兰8的静止位置这样远地旋入，使得力FS导致管6在加载区域10上的预紧。这一点特别有利地可以由此表示，即，管6至少在夹紧法兰8的区域内由一种弹性材料32构成；通过适当的材料选择尤其通过适合的金属的合金可以毫无问题地得到一种这样的导致良好预紧的弹性。在这里，法兰区域5以与管6一体构成的凸出部33的形式构成，其中，凸出部33以其凸出部下侧34平行于侧凹构成。由此以法兰区域5与侧凹4的共同作用使管6在其在壁孔3中的布置方面得到一种防转保险35。
附图标记一览表
1  夹紧法兰结构    24  外螺纹
2  内燃机          25  中间区域
3  壁孔            26  加压端部
4  侧凹            27  头端部
5  法兰区域        28  管定位面
6  管              29  密封平面
7  端部区域        30  换气通道
8  夹紧法兰        31  螺栓纵轴线
9  上侧            32  弹性材料
10 加载区域        33  凸出部
11 螺栓            34  凸出部下侧
12 支承部件        35  防转保险
13 对应支承        36  夹紧平面
14 对应支承孔      37  中心
15 支承部件上侧    RH  水平方向
16 对应支承下侧    Q   横向力
17 滑动面          FS  力
18 摆动轴线        FD  密封压紧力
19 弯管            FF  法兰夹紧力
20 肓孔            FA  支撑力
21 支承部件背面    VH  水平偏移
22 螺纹            D   距离
23 螺纹

Claims (10)

1.一种用于将排气装置连接到内燃机上的夹紧法兰结构，具有至少一个构成在内燃机上的侧凹，在该侧凹中插入地设置一个夹紧法兰的一个法兰区域，并且具有至少一个螺栓，该螺栓旋入到一个为内燃机配设的螺纹中并且以一个端部对排气装置的夹紧法兰或一个固定在夹紧法兰上的管尤其是弯管夹紧地加载，其特征在于，所述螺纹(22)构成在一个支承部件(12)中，该支承部件可移位地支撑在内燃机(2)的一个对应支承(13)上。
2.如权利要求1所述的夹紧法兰结构，其特征在于，所述支承部件(12)是摆动支承部件。
3.如上述权利要求之一所述的夹紧法兰结构，其特征在于，所述支承部件(12)是移动支承部件。
4.如上述权利要求之一所述的夹紧法兰结构，其特征在于，所述夹紧法兰(8)在一个密封平面(29)内贴靠在内燃机(2)上。
5.如上述权利要求之一所述的夹紧法兰结构，其特征在于，所述支承部件(12)绕一条摆动轴线(18)可偏转，该摆动轴线横向于螺栓(11)的螺栓纵轴线(31)延伸以及与螺栓纵轴线(31)相交并且位于一个夹紧平面(36)内，所述螺栓轴线(31)位于该夹紧平面内，其中，夹紧平面(36)与密封平面(29)形成一个90°角。
6.如上述权利要求之一所述的夹紧法兰结构，其特征在于，所述夹紧平面(36)穿过或基本穿过排气装置的借助夹紧法兰(8)连接到内燃机(2)上的管(6)尤其是弯管(19)的中心(37)延伸。
7.如上述权利要求之一所述的夹紧法兰结构，其特征在于，所述移动支承部件沿着一个偏移方向可移位，该偏移方向与夹紧平面(36)形成一个90°角。
8.如上述权利要求之一所述的夹紧法兰结构，其特征在于，所述螺栓(11)位于夹紧法兰(8)的一侧上，并且法兰区域(5)设置在夹紧法兰(8)的与该侧对置的一侧上。
9.如上述权利要求之一所述的夹紧法兰结构，其特征在于，所述管(6)尤其是弯管(19)构成为弹性挠曲的，尤其是至少在螺栓(11)的加载区域(10)构成为弹性挠曲的。
10.如上述权利要求之一所述的夹紧法兰结构，其特征在于，所述法兰区域(5)与侧凹(4)一起形成一种用于管(6)尤其是弯管(19)的防转保险(35)。
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