DE10063474A1 - Anschlussverbindung im Abgasstrang von Brennkraftmaschinen, insbesondere für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Abstract

Es wird eine Anschlussverbindung im Abgasstrang von Brennkraftmaschinen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, unter Verwendung einer Flanschkammer vorgeschlagen, die als U-förmiger Klammerbügel mit zu den Klammerschenkeln über Klammerbögen gegenläufigen Spannarmen ausgeschaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anschlussverbindung im Abgasstrang von Brennkraftmaschinen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei einer bekannten derartigen Anschlussverbindung (DE 197 31 367 A1, insbesondere Fig. 5 und 6) ist der eine Teil der durch die Anschlussverbindung zu verbindenden Teile über einen Rohr­ abschnitt gebildet, der in einem Flansch mit zur Rohrachse senkrechter Anlagefläche für die Schenkel der Flanschklammer ausläuft und der sphärisch dichtend gegen den anderen Teil der über die Anschlussverbindung zu verbindenden Teile abgestützt ist, wobei dieser andere Teil im Bereich seines aufgetulpten, den Flansch übergreifenden Bereiches mit außenliegenden Laschen versehen ist, gegen die sich die über die Verbindungsbögen mit den freien Enden der Schenkel verbundenen Spannarme abstützen. Bei einer derartigen Lösung sind sowohl Rückstellkräfte auf ei­ ne koaxiale Lage der über die Anschlussverbindung zu verbinden­ den Teile bei Winkelabweichungen in der Achslage wie auch axia­ le Spannkräfte durch die bei der Montage aufgeprägte, axiale Vorspannung zwischen den Schenkeln und den jeweils mit diesen verbundenen Armen bestimmt, was eine wechselseitige Beeinflus­ sung bedingt, in Verbindung mit einer steifen Federauslegung, und damit auch die Montage erschwert. Zudem ist die bekannte Feder aufgrund ihrer vielfältigen Kröpfungen, insbesondere auch im Übergang der Schenkel auf den Steg in der Auslegung und in der Herstellung schwer zu beherrschen.

Durch die Erfindung soll eine Anschlussverbindung geschaffen werden, die sich dadurch auszeichnet, dass sie in der Montage und Auslegung gut zu beherrschen ist und dies ungeachtet hoher die zu verbindenden Teile beaufschlagender Spannkräfte.

Erreicht wird dies bei einer Anschlussverbindung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 durch dessen kennzeichnende Merk­ male, wobei für den Flansch, wie anderweitig an sich bekannt, eine sich in Beaufschlagungsrichtung der Schenkel konvex auf­ weitende Anlagefläche vorgesehen wird, so dass sich bei axial in Richtung auf diese Anlagefläche abgestützten Schenkeln eine Querkraftkomponente ergibt. Diese wird auch dadurch abgefangen, dass den Armen eine deren Weg nach der vom jeweiligen Schenkel abgelegenen Seite begrenzende Seitenführung zugeordnet wird, so dass sich in Abhängigkeit von der Größe der axialen Spannkraft und mit dieser wachsend eine verstärkte Abstützung in Querrich­ tung ergibt. Winkelabweichungen in der Achslage bleiben bei den sich ergebenden, kleinen Winkelabweichungen weitgehend ohne un­ mittelbaren Einfluß auf die axialen Spannkräfte, womit sich ei­ ne schwingungstechnisch günstige Lösung ergibt.

Diese Effekte machen sich besonders vorteilhaft bemerkbar, wenn die Anschlussverbindung in erfindungsgemäßer Weise in der An­ bindung eines Abgasstranges an den Zylinderkopf einer Brenn­ kraftmaschine eingesetzt wird, wobei in diesem Falle der eine Teil der Anschlussverbindung durch einen Auslasskanal des Zy­ linderkopfes, oder auch ein in den Auslasskanal des Zylinder­ kopfes eingesetztes Zwischenstück gebildet sein kann. Dem Zy­ linderkopf bzw. dem zu diesem lagefesten Zwischenstück sind bei einer derartigen Lösung auch die Abstützungen für die mit den Schenkeln verbundenen Arme der Klammerfeder, insbesondere die Seitenführungen zugeordnet.

Eine im Rahmen der Erfindung vorteilhafte, im Hinblick auf die Bearbeitung der Zylinderköpfe zweckmäßige Ausgestaltungsform besteht erfindungsgemäß darin, dem Zylinderkopf eine Adapter­ platte zuzuordnen, die die jeweiligen Führungen trägt und über die gegebenenfalls auch die Befestigung der Zwischenstücke er­ folgt, wobei eine weitere Möglichkeit darin besteht, dass die Adapterplatte bei entsprechender Ausgestaltung selbst als Zwi­ schenstück dient.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Anschlussverbindung er­ möglicht ungeachtet der kugelgelenkigen Lagerung einen sehr flachen Aufbau, da die Flanschklammer für die Arme bevorzugt eine Lage vorsieht, in der diese benachbart zu der von den Schenkeln aufgespannten Ebene liegen, wobei insbesondere ein leichter Versatz zu dieser Ebene nach der vom Flansch abgewand­ ten Seite, also in Gegenrichtung zu der Beaufschlagungsrichtung der Schenkel gegen den Flansch, zweckmäßig ist.

Bevorzugt sind die Arme ausgehend vom Verbindungsbogen, gegebe­ nenfalls auch mit den Verbindungsbögen, in Richtung auf ihre Enden leicht winklig gegenüber der durch die Schenkel bestimm­ ten Bezugsebene angestellt, so dass beim radialen Einschieben der Klammer auf den Abgasstrang die den Armenden jeweils zuge­ ordnete Stützfläche gegenüber den Führungen verlaufend zur An­ lage kommt und nur über einem kleinen Bereich des Einschubweges die mit zunehmender Verspannung höheren Reibkräfte überwunden werden müssen. Die Flanschklammer ist desweiteren so ausgelegt, dass sich zwischen deren Stützflächen und der Führung in der konstruktiven Spannlage eine flächige Abstützung ergibt, wobei dieser Abstützbereich bezogen auf den Abgasstrang bevorzugt ei­ ner Quermittelebene desselben zugeordnet ist, in deren Bereich die Schenkel in Richtung auf die Arme ausgewölbt sind, so dass sich zur konvexen, insbesondere konischen oder sphärischen An­ lagefläche des Flansches eine angepasste, übergreifende Schen­ kelkontur ergibt, die eine punktuelle Abstützung ermöglicht.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ferner wird die Erfindung nachstehend mit weiteren Merkmalen anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in Ansicht eine Anschlussverbindung im Abgas­ strang von Brennkraftmaschinen, wobei die An­ schlussverbindung im Übergang des Abgasstranges zum Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine veran­ schaulicht ist,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie II-II in Fig. 1 bei schematischer Andeutung des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine,

Fig. 3 einen Schnitt gemäß Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer Anschluss­ verbindung gemäß Fig. 1, und

Fig. 5 bis 7 Ansichten der in der Anschlussverbindung verwen­ deten Flanschklammer.

In den Fig. 1 bis 4 ist eine Anschlussverbindung 1 im Übergang des Abgasstranges 2 zum Auslasskanal 4 des Zylinderkopfes 3 ei­ ner Brennkraftmaschine dargestellt, wobei der Zylinderkopf 3 mit dem Auslasskanal 4 nur stark schematisiert angedeutet ist.

Die Anschlussverbindung 1 umfasst einen Rohrabschnitt 5, der in einem Flansch 6 mit sich konvex aufweitender Anlagefläche 7 ausläuft, wobei im Ausführungsbeispiel der Flansch 6 durch eine Auftulpung des Endbereiches des Rohrabschnittes 5 gebildet ist. Bevorzugt ist die Auftulpung derart, dass sich für den Flansch 6 insbesondere bezüglich seiner Innenfläche eine sphärische, insbesondere kugelige Kontur ergibt, wobei dem Flansch 6 ein Gegenstück 8 mit entsprechender kugeliger Kontur als Abstützung zugeordnet ist, gegen das der Rohrabschnitt 5 bei entsprechen­ der Beaufschlagung durch die Flanschklammer 9 abgestützt ist.

Das Gegenstück 8 ist erfindungsgemäß, wie im Ausführungsbei­ spiel gezeigt, gemäß Fig. 1 bis 4 einem Übergangselement 10 zu­ geordnet, das einen Rohrabschnitt 11 aufweist, der, was nicht gezeigt ist, in den Auslasskanal 4, oder in eine mit diesem in Überdeckung liegende Aufnahmebohrung 12 einer Adapterplatte 13 eingreift und im Auslasskanal 4, bzw. der Adapterplatte 13 ge­ gebenenfalls auch axial verankert sein kann, was bei Veranke­ rung im Auslasskanal 4 auch für die axiale Verspannung gegen die Brennkraftmaschine genutzt werden kann. Der Rohrabschnitt 11 weist einen nach außen ragenden Stützbund 14 auf, der die Einstecktiefe des Rohrabschnittes in die Aufnahmebohrung 12 der Adapterplatte 13, oder in analoger Weise in den Auslasskanal 4 beschränkt und der im Ausführungsbeispiel das Gegenstück 8 in Form eines Ringkörpers 15 mit sphärischer Außenfläche trägt, wobei der Ringkörper 15 im Ausführungsbeispiel ein gesondertes Stütz- und Dichtelement bildet. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, das Gegenstück einstückig zum Rohrabschnitt 11 auszubilden, wobei dies im Rahmen der Erfindung auch dadurch möglich ist, dass der Rohrabschnitt 11 im entsprechenden Endbe­ reich passend zur Flanschkontur 6 sphärisch ausgewölbt wird.

Abweichend vom Dargestellten kann das Übergangselement 10, ge­ gebenenfalls zusammen mit dem Gegenstück 8, auch einstückig zur Adapterplatte 13 ausgebildet sein, wobei im Rahmen der Erfin­ dung gegebenenfalls auch auf eine Adapterplatte 13 verzichtet werden und die Anschlussverbindung unmittelbar zum Zylinderkopf 3 hergestellt werden kann, wobei insoweit wiederum mit einem Übergangselement 10 gearbeitet werden kann oder auch eine ent­ sprechende Ausgestaltung des Zylinderkopfes 3 vorgesehen sein kann.

Die Verwendung einer Adapterplatte 13 in der Verbindung zum Zy­ linderkopf 3 ist erfindungsgemäß zweckmäßig, da so Änderungen am Zylinderkopf 3 nicht erforderlich sind und eine Adapterplat­ te 13 auch weitgehende Möglichkeiten bezüglich der Lage der notwendigen Schraubverbindungen und dergleichen bietet, wie symbolisch durch die Bohrungen 16 in der Adapterplatte 13 in Fig. 1 veranschaulicht.

Die Adapterplatte 13 trägt im Ausführungsbeispiel Konsolen 17, wobei diese Konsolen 17 nach der vom Zylinderkopf 3 abliegenden Seite von der Adapterplatte 13 abragen und bevorzugt längs der Adapterplatte 13 seitlich zu den Rohrabschnitten 5 liegen, die dem jeweils einem Auslasskanal 4 zugeordneten Abgasstrang 2 zu­ geordnet sind.

Die Konsolen 17 stützen die Flanschklammern 9 ab, die die Rohr­ abschnitte 5 über die Flansche 6 in Richtung auf die Adapter­ platte 13 beaufschlagen.

Bevor auf die diesbezüglichen Zusammenhänge näher eingegangen wird, wird die Flanschklammer 9 in einer erfindungsgemäßen Aus­ gestaltung anhand der Fig. 5 bis 7 näher beschrieben. Sie um­ fasst einen Klammerbügel 18 mit einem Steg 19 und an diesen an­ schließenden Klammerschenkeln 21 und 22. Die Klammerschenkel 21 und 22 gehen in Klammerbögen 23 und 24 über, die Übergänge zu Spannarmen 25 und 26 bilden, die in Gegenrichtung zu den Schen­ keln 21, 22 des U-förmigen Klammerbügels 18 verlaufen. Dieser Grundaufbau führt zu einer Flanschklammer 9, die seitlich, d. h. im wesentlichen radial auf einen in Fig. 5 bis 7 nur bezüglich seiner Mittelachse 37 symbolisch dargestellten Rohrabschnitt aufzuschieben ist, wobei die Schenkel 21, 22 diesen seitlich übergreifen und sich, wie insbesondere Fig. 1 und 2 veran­ schaulichen, gegen den Flansch 6 dieses Rohrabschnittes 5 ab­ stützen. Die Abstützung in Gegenrichtung erfolgt über die Spannarme 25, 26, die entsprechende Stützflächen 27 der Konso­ len 17 hintergreifen.

Im Hinblick auf die Abstützung der Klammerschenkel 21, 22 ge­ genüber dem Flansch 6 auf dessen äußerer, konvex gewölbter An­ lagefläche 7, insbesondere im Hinblick auf eine zentrierende Abstützung gegenüber dieser Anlagefläche 7 erweist es sich als zweckmäßig, die Schenkel 21, 22 gegenüber der von diesen ange­ spannten Bezugsebene 28 auszuwölben, wie in Fig. 6 für den Be­ reich 29 dargestellt, so dass bei etwa tangential zum Rohrab­ schnitt 5 verlaufenden Schenkeln 21 bzw. 22 diese der Kontur der Anlagefläche 7 folgend, die Anlagefläche 7 im Zenit bevor­ zugt frei verlaufend übergreifen, so dass sich beiderseits des Scheitels bevorzugt symmetrisch zu einer Quermittelebene 31, in die die Mittelachse 37 des Rohrabschnittes fällt und zu der die Schenkel 21, 22 senkrecht verlaufen, Abstützpunkte 30 ergeben.

Die Spannarme 25, 26 verlaufen in der Draufsicht (Fig. 5) pa­ rallel, oder zumindest im wesentlichen parallel zu den Schen­ keln 21 bzw. 22, in Seitenansicht (Fig. 6) gegen ihr freies En­ de ansteigend unter einem Winkel 32 zur Bezugsebene 28, der verhältnismäßig flach ist und bevorzugt in der Größenordnung von etwa 15° liegt. Die Ausrichtung ist dabei derart, dass die Spannarme 25, 26 im Bereich ihrer Enden nach der von den Ab­ stützpunkten 30 abgelegenen Seite zum Flansch 6 versetzt lie­ gen, wobei bevorzugt die Endbereiche der Spannarme 25, 26 als Stützflächen 33 bzw. 34 ausgebildet sind, die bei auf den Rohr­ abschnitt 5 aufgesetzter Flanschklammer 9 gegen die korrespon­ dierenden Stützflächen 27 der Konsolen 17 anliegen.

Die Konsolen 17 bilden über die Stützflächen 27 aber nicht nur eine axiale Abstützung für die Spannarme 25, 26, sondern erfin­ dungsgemäß auch eine Seitenführung, wobei die entsprechenden Führungsflächen mit 35 bezeichnet sind.

Ausgehend davon, dass die lichte Weite 36 zwischen den vonein­ ander abgelegenen Außenflächen der Spannarme 25 und 26 zumin­ dest in Annäherung dem Abstand der seitlichen Führungsflächen 35 zweier einander benachbarter, einer Anschlussverbindung 4 zugehöriger Konsolen 17 entspricht, und dass beim Aufsetzen der Flanschklammer 9 auf den Flansch 6 eines Rohrabschnittes 5 un­ ter axialer Verspannung der Flanschklammer 9 zwischen dem Flansch 6 und den Stützflächen 27 der Konsolen 17 an den Klam­ merschenkeln 21, 22 Querkräfte wirksam werden, ermöglicht die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Anschlussverbindung mit seitlicher Abstützung der Spannarme 25, 26 gegen die Führungs­ flächen 35 der Konsolen 17 in vorteilhafter Weise, diese Quer­ kräfte abzufangen und dadurch die axiale Spannkraft, bei Ausle­ gung der Flanschklammer 9 auf verhältnismäßig geringe axiale Vorspannkräfte, zu erhöhen. Dadurch wird die Montage der Flanschklammer 9 beim seitlichen Aufschieben erleichtert, zumal die Spannarme 25, 26 aufgrund ihrer Neigung gegenüber der Be­ zugsebene 28 auch das Einschieben der Spannarme 25, 26 unter die Stützflächen 27 der Konsolen 17 erleichtern, wobei zudem die Stützflächen 33 und 34 der Spannarme 25 bzw. 26 beim Ein­ schieben der Flanschklammer 9 auf den Abgasstrang auch verhält­ nismäßig spät in Anlage zu den Stützflächen 27 der Konsolen 17 kommen.

Die Konsolen 17 sind im schematisierten Ausführungsbeispiel als Bestandteile der Adapterplatte 13 ausgestaltet und können bei­ spielsweise, wie gezeigt, T-förmigen Querschnitt aufweisen, so dass sich ein einfacher Aufbau der Adapterplatte 13 mit Konso­ len 17 ergibt, und diese beispielsweise auch als Gussteil her­ gestellt werden kann. Insbesondere Fig. 1 lässt erkennen, dass die Flanschklammer 9 bevorzugt derartig ausgebildet ist, dass in der Montageposition, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, die Ab­ stützung der Klammerschenkel 21, 22 lediglich in den Abstütz­ punkten 30 beiderseits der Quermittelebene 31 erfolgt, die Flanschklammer 9 aber ansonsten gegenüber dem Flansch 6 frei liegt, so auch im Bereich des Steges 19.

Die kugelgelenkartige Ausgestaltung der Anschlussverbindung führt auch zu einer wirkungsvollen Schwingungsentkopplung und ermöglicht es, die Anschlussverbindung bezogen auf eine vorge­ gebene Achslage der zu verbindenden Rohrabschnitte auszurich­ ten, wobei eine bevorzugte Achslage die koaxiale Erstreckung der zu verbindenden Rohrabschnitte ist.

Analog zur gezeigten und erläuterten Verwendung der Anschluss­ verbindung 1 in der Anbindung eines Abgasstranges an eine Brennkraftmaschine, bzw. deren Zylinderkopf 3 ist es auch mög­ lich, was hier allerdings nicht gezeigt ist, einen Rohrab­ schnitt im Bereich der Anschlussverbindung als Träger entspre­ chender Konsolen 17 zu nutzen, oder entsprechend auszubilden, beispielsweise durch Verwendung eines auf den Rohrabschnitt aufgefädelten Stützringes mit diesem zugeordneten Konsolen, wo­ bei aber auch eine einstückige Ausbildung mit dem Rohrabschnitt im Rahmen der Erfindung liegt, so dass erfindungsgemäße An­ schlussverbindungen nicht auf die Anbindung an den Zylinderkopf 3, an einen Lader eines Turbosystems einer Brennkraftmaschine oder an sonstige brennkraftmaschinenseitige Anbindungen gebun­ den sind, sondern auch zwischen aufeinander folgenden Rohrab­ schnitten eines Abgasstranges vorgesehen sein können.

Claims (16)

1. Anschlussverbindung im Abgasstrang von Brennkraftmaschinen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer Flanschklammer, die als einstückiger, U-förmiger Klammerbügel einen Steg und quer zum Steg liegende, gleichgerichtete Schenkel aufweist, die, an die Schenkel über Verbindungsbögen anschließend, mit entgegen­ gesetzt zu den Schenkeln verlaufenden Spannarmen versehen ist und die quer zum Abgasstrang auf diesen aufsetzbar ist, wobei von den über die kugelgelenkartige Anschlussverbindung federnd gegeneinander zu verspannenden Teilen der eine einen Flansch eines Rohrabschnittes, der von den Schenkeln des Klammerbügels beaufschlagt ist, umfasst und der andere Teil über die Spannar­ me in Gegenrichtung belastet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (6) für die Klammerschenkel (21, 22) eine in Beaufschlagungsrichtung sich konvex aufweitende Anlagefläche (7) aufweist und dass den Spannarmen (25, 26) eine deren Weg nach der vom jeweiligen Schenkel (21 bzw. 22) abgelegenen Seite begrenzende Führung (Führungsfläche 35) zugeordnet ist.

2. Anschlussverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenführung (Führungsfläche 35) an einem der über die Anschlussverbindung (1) zu koppelnden Teile (Rohrabschnitte 5; 11) vorgesehen ist.

3. Anschlussverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenführung (Führungsfläche 35) unabhängig von den über die Anschlussverbindung (1) zu verbindenden Teilen (Rohr­ abschnitte 5; 11) vorgesehen ist.

4. Anschlussverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verbindenden Teile durch Rohrabschnitte (5; 11) ge­ bildet sind.

5. Anschlussverbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rohrabschnitt (11) einem Auslasskanal (4) des Zylin­ derkopfes (3) der Brennkraftmaschine zugeordnet ist.

6. Anschlussverbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rohrabschnitt durch einen Auslasskanal (4) des Zylin­ derkopfes (3) der Brennkraftmaschine gebildet ist.

7. Anschlussverbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslasskanal (4) des Zylinderkopfes (3) der Brenn­ kraftmaschine in einem Gegenstück (8) für den Flansch des über die Anschlussverbindung (1) anzuschließenden Rohrabschnittes (5) ausläuft.

8. Anschlussverbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlusskanal (4) des Zylinderkopfes (3) der Brenn­ kraftmaschine mit einem Übergangselement (10) versehen ist, das in einem Gegenstück (8) für den Flansch (6) des über die An­ schlussverbindung (1) anzuschließenden Rohrabschnittes (5) aus­ läuft.

9. Anschlussverbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Übergangselement (10) axial gegen den Zylinderkopf fi­ xierbar ist.

10. Anschlussverbundung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Übergangselement (10) im Eingriffsbereich in den Aus­ lasskanal axial gegen den Zylinderkopf fixiert ist.

11. Anschlussverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (21, 22) eine Bezugsebene (28) bestimmen, und dass die Arme (25, 26) der Flanschklammer (9) im Bereich dieser Bezugsebene (28) verlaufen.

12. Anschlussverbindung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (21, 22) und die jeweils zugehörigen Arme (25, 26) der Flanschklammer (9) in axialer Spannrichtung zuein­ ander versetzt liegen, derart, dass die Verbindungsbögen (23, 24) zur Bezugsebene (28) geneigt verlaufen.

13. Anschlussverbindung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsbögen (23, 24) zur Bezugsebene (28) unter einem flachen Winkel verlaufen.

14. Anschlussverbindung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsbögen (23, 24) zur Bezugsebene (28) unter einem Winkel von etwa 15° verlaufen.

15. Anschlussverbindung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Arme (25, 26) der Flanschklammer (9) gegenüber den Schenkeln (21, 22) nach der von dem Flansch (6) abgelegenen Seite versetzt liegen.

16. Anschlussverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanschklammer (9) als Drahtklammer ausgebildet ist.