DE102005047575A1

DE102005047575A1 - Vorrichtung zum Befestigen eines Abgaskrümmers an einem Zylinderkopf

Info

Publication number: DE102005047575A1
Application number: DE102005047575A
Authority: DE
Inventors: Achim Reinhardt; Kay Ellinghaus; Phi Lan Huynh; Andreas Steigert
Original assignee: Heinrich Gillet GmbH
Current assignee: Tenneco GmbH
Priority date: 2005-02-04
Filing date: 2005-10-05
Publication date: 2006-08-10

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Befestigen eines Abgaskrümmers an einem Zylinderkopf (0). Der Krümmer besitzt einen Flansch (1) mit Öffnungen für Befestigungselemente und Öffnungen für das Abgas, die durch Krümmerrohre (3) abgeleitet werden. Der Zylinderkopf (0) ist mit Stehbolzen bestückt, die mit den Öffnungen für die Befestigungselemente fluchten. Die Stehbolzen besitzen einen Kopf (5). Zwischen Flansch (1) und Kopf (5) wird ein gabelförmiger Keil (10, 11) auf den Stehbolzen aufgesetzt, der den Flansch (1) gegen den Zylinderkopf (0) presst.

Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Befestigen von Abgaskrümmern an Zylinderköpfen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Seit den Anfangszeiten des Motorenbaus werden die Flansche der Abgaskrümmer mit Hilfe von Schrauben oder mit Hilfe von Stehbolzen und Muttern am Zylinderkopf des Verbrennungsmotors befestigt. Typische Beispiele sind dargestellt in den Schriften DE 695 27 928 T , DE 195 05 710 C und DE 198 08 641 A . In der modernen Motorenproduktion werden die Befestigungsschrauben bzw. -muttern mit Hilfe von Schraubautomaten montiert. Dies bedeutet, dass zwischen den Krümmerrohren ausreichend Platz für diese Schraubautomaten freigehalten werden muss. Die Notwendigkeit, Freigänge für die Schraubautomaten freizuhalten, bedingt in jedem Fall eine besondere Führung der Krümmerrohre, die Kompromisse erfordert in Bezug auf die räumliche Verteilung im Motorraum und die Motordaten. Das ist unbefriedigend.

Selbstverständlich hat es nicht an Versuchen gefehlt, alternative Befestigungen für den Abgaskrümmer zu entwickeln. Hierzu wurden verschiedene Klemmbefestigungen entwickelt. Man vergleiche z. B. DE 42 05 454 A , EP 0 653 583 A , DE 198 18 585 C , DE 203 19 486 U , DE 196 53 908 A , DE 102 51 771 A oder DE 100 29 241 A .

Eine andere Befestigungskonstruktion zeigt die DE 102 19 829 A . Bei dieser Konstruktion sind am Flansch Einhängehaken angeformt, die auf Stehbolzen aufgeschoben und mit Hilfe zweier Montageflansche mit Muttern befestigt werden. Da bei dieser Konstruktion wieder Schraubautomaten zur Anwendung kommen, müssen die entsprechenden Freigänge freigehalten werden.

Eine weitere Konstruktion ist Gegenstand der DE 195 10 718 C . Hier wird der Krümmerflansch zwischen zylinderkopfseitig angeordneten Anschlägen positioniert und mittels am Flansch vorgespannt anliegender streifenartiger Federbügel gehalten. Jeder Federbügel wird mit einer Spannschraube gespannt, so dass die Federbügel sich biegeelastisch verformen und den Krümmerflansch an den Zylinderkopf pressen. Da die Spannschrauben parallel zur Flanschebene orientiert sind, müssen keine Freigänge zwischen den Krümmerrohren freigehalten werden. Allerdings ist diese Konstruktion sehr aufwändig, da sie Veränderungen sowohl am Zylinderkopf als auch am Krümmerflansch erfordert. Das ist unbefriedigend.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Befestigungsvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die eine einfache, schnelle und sichere Montage und bei Bedarf auch Demontage der Abgaskrümmer am Zylinderkopf ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Dank der vorliegenden Erfindung werden folgende Vorteile erreicht: Der Verlauf der Krümmerrohre kann mit größerer Freiheit gewählt werden. Die Dauerhaltbarkeit der Abgaskrümmer lässt sich deutlich verbessern, da die Krümmerrohre "weicher" gestaltet werden können, um gegebenenfalls durch mehr Rohrbiegungen thermomechanische Spannungen besser kompensieren zu können. Die Rohrlängen lassen sich für optimalen Ladungswechsel angleichen. Bei luftspaltisolierten Krümmerrohren kann der Luftspalt optimiert werden. Sowohl fertigungstechnisch problematische als auch dauerhaltbarkeitskritische Eindrückungen in den Außenschalen und gegebenenfalls auch in den gasführenden Innenteilen können vermieden werden. Montage- und Demontagezeiten lassen sich verringern.

Ein weiterer, sehr wichtiger Vorteil ist, dass der Zylinderkopf nicht modifiziert werden muss. Der Flansch wird auf die im Zylinderkopf vormontierten Stehbolzen aufgesteckt. Anschließend werden die Gabelkeile aus einer beliebigen Richtung, vorzugsweise von oben, unter die Bolzenköpfe geschoben. Das vorhandene Lochbild der Schrauben bzw. Stehbolzen kann weiter verwendet werden.

Je nach Flanschkonstruktion kann zwischen Flansch und Keil ein Abstandselement eingesetzt werden. Falls ein flaches Abstandselement genügt, ist dies eine Ringscheibe. Bei höheren Abstandselementen kann eine Hülse verwendet werden.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung besitzt der Schaft der Stehbolzen einen Rechteck-Querschnitt. Dabei ist der Rechteck-Querschnitt vorteilhafterweise etwa lotrecht orientiert. Dadurch lassen sich die Gabelkeile vom Kopf des Motors aus parallel zur Zylinderkopfwand einschieben und verkeilen.

Vorzugsweise besitzt der Kopf der Stehbolzen an seiner Unterseite eine zum Keil passende Gegenfläche. Dadurch wird eine optimale Verteilung des Anpressdrucks erreicht.

Um zu verhindern, dass die Schenkel des gabelförmigen Keils aufgrund der Beanspruchung im laufenden Betrieb nach außen ausweichen und der Flansch damit seinen Halt verliert, besitzen die Stehbolzenköpfe an der dem Keil zugewandten Gegenfläche eine schwalbenschwanzförmige Hinterschneidung, die Keile zur Hinterschneidung passende Anschrägungen. Auf diese Weise verkeilen sich Keil und Stehbolzenkopf gegenseitig, ein unverwünschtes Lösen wird vermieden.

Sind die Befestigungselemente, d. h. die Stehbolzen, mit einem rechteckförmigen Kopf mit keilförmiger Unterseite ausgestaltet, so ist die Flanschbohrung mit Langlöchern an der Oberseite und einer Keilfläche an der Unterseite ausgestaltet.

Für beide Varianten kann eine Leiste bzw. insbesondere ein Sicherungsblech gegen unbeabsichtigtes Lösen der Kabelkeile vorgesehen werden.

Um die Keile im Reparaturfall abziehen und den Abgaskrümmer abnehmen zu können, können die Keile mit einer Gewindebohrung zum Anschrauben eines Abziehwerkzeugs ausgerüstet sein.

Gemäß einer alternativen Weiterbildung der Erfindung bestehen die Keile aus einem Unterteil und einem Oberteil, wobei das Oberteil auf einer Keilfläche gegenüber dem Unterteil verschiebbar ist. Dank dieser zweiteiligen Keile werden die Stehbolzen ausschließlich in Achsrichtung gespannt.

Vorzugsweise wird das Oberteil des zweiteiligen Keils durch eine Gewindeschraube bewegt, wobei diese vorteilhafterweise ein selbsthemmendes Feingewinde besitzt.

Ein versehentliches Lösen des Keils, beispielsweise durch die Motorvibrationen, wird mit Sicherheit verhindert, wenn gemäß einer Weiterbildung der Keilwinkel kleiner als 5° gewählt wird. Derartige Keile sind selbsthemmend.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen
1 ausschnittsweise und in isometrischer Darstellung einen Abgaskrümmer, montiert an einem Zylinderkopf,
2 rein schematisch einen senkrechten Teilschnitt durch das Befestigungselement der 1
3 den Ausschnitt der 1, um 90° gedreht.
4 ein Ausschnitt aus einem Krümmerflansch mit einem zweiteiligen Klemmkeil und
5 in isometrischer Darstellung einen kompletten Krümmerflansch.
1 als isometrische Ansicht, 2 als Längsschnitt durch das Befestigungselement der 1 und 3 als um 90° gedrehter Schnitt zeigen einen Ausschnitt aus einem Zylinderkopf 0, vor dem ein Abgaskrümmer montiert ist. Der Abgaskrümmer besteht aus einem Flansch 1 mit Bohrungen 2 für Befestigungselemente. Am Flansch 1 sind Krümmerrohre 3 befestigt, die mit den Zylinderauslassöffnungen (nicht dargestellt) des Zylinderkopfes 0 fluchten.
Die Befestigung des Flansches 1 erfolgt mit Hilfe von Stehbolzen 4, die in den Zylinderkopf 0 eingeschraubt sind. Die Stehbolzen 4 besitzen einen Schaft 6, der im wesentlichen vor dem Flansch 1 positioniert ist. Das freie Ende des Stehbolzens 4 bildet einen Kopf 5, insbesondere einen erweiterten Kopf. Der Kopf 5 kann wie in den Figuren rund oder auch rechteckig bzw. quadratisch sein.
Zur Befestigung des Flansches 1 am Zylinderkopf 0 wird auf den Schaft 6 ein gabelförmiger Keil 10 aufgepresst. Dabei stützen sich die U-förmigen Schenkel 11 des Keils 10 einerseits am Kopf 5, andererseits am Flansch 1 ab und pressen letzteren gegen den Zylinderkopf 0.
Um zu verhindern, dass die Schenkel 11 des Keils 10 sich unter der Dauerbeanspruchung des laufenden Betriebs spreizen, ist in die dem Keil 10 zugewandte Seite des Kopfes 5 eine schwalbenschwanzförmige Hinterschneidung eingearbeitet. Der Keil 10, 11 ist mit dazu passenden Schrägen 12 versehen.
Um zu verhindern, dass der Keil 10 sich von selbst lösen kann, werden die Keilschrägen kleiner als 5° gehalten, so dass Selbsthemmung eintritt.
Es ist ohne weiteres einzusehen, dass das Einstecken der Keile 10, 11 wesentlich weniger Zeit benötigt als das Aufschrauben von Gewindemuttern. Da die Keile 10, 11 parallel zur Ebene des Flansches 1 eingesteckt werden, müssen zwischen den Krümmerrohren 3 keine Freigänge für Schraubautomaten freigehalten werden.
4 zeigt in isometrischer Darstellung einen Ausschnitt aus einem Krümmerflansch 1 mit Abgasöffnungen 7, die mit den Auslassöffnungen im Zylinderkopf 0 fluchten. Zwischen Krümmerflansch 1 und dem Kopf 5 des Stehbolzens 4 befindet sich ein zweiteiliger Keil 20. Dieser besteht aus einem Unterteil 21 und einem Oberteil 22. Zwischen Unter- und Oberteil 21, 22 befindet sich eine Keilfläche 24, auf der das Oberteil 22 gegenüber dem Unterteil 21 verschiebbar ist. Dank dieser zweiteiligen Ausführung des Kabelkeils 20 werden auf die Stehbolzen 4 nur axiale Kräfte ausgeübt.
Zum Verschieben von Unter- und Oberteil 21, 22 gegeneinander, ist eine Gewindeschraube 23 mit selbsthemmenden Feingewinde vorgesehen.
5 zeigt in isometrischer Darstellung einen kompletten Krümmerflansch 1 mit Gasauslassöffnungen 7, der mit Hilfe von neun Stehbolzen 4, 5 und einer ebensolchen Anzahl von zweiteiligen Keilen 20 befestigt wird.

Claims

Vorrichtung zum Befestigen eines Abgaskrümmers an einem Zylinderkopf (0), wobei – der Krümmer einen Flansch (1) mit Öffnungen (2) für Befestigungselemente und Öffnungen (7) für das Abgas umfasst – und der Zylinderkopf (0) mit Stehbolzen (4) bestückt ist, die mit den Öffnungen (2) für die Befestigungselemente fluchten, gekennzeichnet durch die Merkmale – die Stehbolzen (4) besitzen – – einen Kopf (5) – – und einen Schaft (6), – auf den Schaft (6) ist ein gabelförmiger Keil (10, 20) gesetzt, der den Flansch (1) gegen den Zylinderkopf (0) presst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal – zwischen Flansch (1) und Keil (10, 11) ist ein Abstandselement eingesetzt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch das Merkmal – das Abstandselement ist eine Ringscheibe.
Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch das Merkmal – das Abstandselement ist eine Hülse.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch das Merkmal – der Schaft (6) besitzt einen Rechteck-Querschnitt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch das Merkmal – der Rechteck-Querschnitt ist etwa lotrecht orientiert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch das Merkmal – der Kopf (5) besitzt an seiner Unterseite eine zum Keil (10, 20) passende Gegenfläche.
Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch die Merkmale – der Kopf (5) besitzt an der dem Keil (10) zugewandten Gegenfläche eine schwalbenschwanzförmige Hinterschneidung, – der Keil (10) besitzt zur Hinterschneidung passende Anschrägungen (12).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Merkmale – die Stehbolzen (4) besitzen einen rechteckigen Kopf, – der Kopf besitzt an seiner Unterseite eine Keilfläche, – die Bohrungen (2) im Flansch (1) sind als Langloch gestaltet mit einer Keilfläche an der Unterseite.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch das Merkmal – ein Sicherungsblech verhindert unbeabsichtigtes Lösen des Keils (10).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch das Merkmal – die Keile (10, 20) besitzen eine Gewindebohrung zum Anschrauben eines Abziehwerkzeugs.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Merkmale – der Keil (20) besteht aus einem Unterteil (21) und einem Oberteil (22), – das Oberteil (22) ist auf einer Keilfläche (24) gegenüber dem Unterteil (21) verschiebbar.
Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch das Merkmal – eine Gewindeschraube (23) bewegt das Oberteil (22).
Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch das Merkmal – die Gewindeschraube (23) besitzt ein selbsthemmendes Feingewinde.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch das Merkmal – die Keilwinkel sind kleiner als 5 Grad.