DE102005057670A1

DE102005057670A1 - Schelle

Info

Publication number: DE102005057670A1
Application number: DE102005057670A
Authority: DE
Inventors: Georg Wirth; Felix Neumann
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Exhaust Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2005-12-01
Filing date: 2005-12-01
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2025-12-02
Also published as: DE102005057670B4; US20070126234A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schelle (1) zum Verbinden von zwei Rohrkörpern, die mit radial abstehenden Flanschen aneinander anliegen. Die Schelle (1) weist einen Spannabschnitt (2) zum Spannen der Schelle (1) im Umfangsrichtung auf, der eine Spanneinrichtung (4) zum Einleiten von in Umfangsrichtung orientierten Zugkräften in den Spannabschnitt (2) aufweist, die eine radiale Schellenöffnung (8) in Umfangsrichtung überbrückt. Die Schelle (1) weist einen Halteabschnitt (3) auf, der im montierten Zustand die Flansche in Umfangsrichtung umgreift, radial außen auf die Flansche aufgesetzt ist und diese dabei axial beiderseits übergreift und axial gegeneinander spannt. DOLLAR A Um die Dauerhaltbarkeit der Schelle (1) bei Verwendungen mit Thermoschock-Gefahr zu verbessern, ist der Halteabschnitt (3) aus mehreren, in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten, axial wirkenden Federelementen (9) gebildet, die so ausgestaltet und dimensioniert sind, dass sie im montierten Zustand der Schelle (1) thermisch bedingten Dehnungen und Schrumpfungen der Flansche federelastisch folgen können.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schelle zum Verbinden von zwei Rohrkörpern, die mit endseitig angeordneten, radial abstehenden Flanschen axial aneinander anliegen.

Bei einer Vielzahl von Anwendungen ist es erforderlich, Rohrkörper, wie z.B. Rohre und Rohrabschnitte, an axialen Enden miteinander zu verbinden. Hierzu können die Rohrkörper an ihren axialen Enden mit radial abstehenden Flanschen versehen sein, die zweckmäßig deckungsgleich axial aneinander anliegen. Mit Hilfe von Schellen lassen sich die Rohrkörper im Bereich der Flansche zeitsparend, preiswert und hinreichend fest miteinander verbinden. Hierzu weist eine Schelle üblicherweise einen Spannabschnitt auf, der zum Spannen der Schelle in Umfangsrichtung dient und der eine Spanneinrichtung aufweist. Die Spanneinrichtung dient zum Einleiten von in Umfangsrichtung orientierten Zugkräften in den Spannabschnitt und überbrückt eine radiale Schellenöffnung in Umfangsrichtung. Des Weiteren umfasst eine derartige Schelle einen Halteabschnitt, der im montierten Zustand die Flansche in Umfangsrichtung umgreift, radial außen auf die Flansche aufgesetzt ist und diese dabei axial beiderseits übergreift und axial gegeneinander spannt.

Der Halteabschnitt kann grundsätzlich so ausgestaltet sein, dass er in Umfangsrichtung ein V-förmiges Profil besitzt, so dass sich der Halteabschnitt schalenförmig um die Flansche schließt. Üblicherweise sind auch die Flansche konusartig geformt, so dass die aneinander anliegenden Flansche in Umfangsrichtung ebenfalls ein V-Profil besitzen. Die umfangsmäßige Verspannung des Spannabschnitts führt zu einer radial nach innen gerichteten Verspannung des Halteabschnitts. Durch Abstimmung der V-Profile des Halteabschnitts und der Flansche lässt sich dabei eine axiale Verspannung der Flansche erzielen.

Bei Anwendungen, bei denen die Rohre aufgrund des darin geführten Mediums hohen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, sogenannter Thermoschock, erfolgt eine thermisch bedingte Ausdehnung bzw. Schrumpfung der Rohre bzw. der Flansche zeitlich vor einer entsprechenden Ausdehnung bzw. Schrumpfung der Schelle. Hierdurch können vergleichsweise große Kräfte an der Schelle angreifen. Diese können im Extremfall zu plastischen Verformungen der Schelle führen. In der Folge nimmt die mit der Schelle erzielbare axiale Pressung der Flansche ab, worunter die Dichtigkeit der mit Hilfe der Schelle erzielten Rohrverbindung leidet.

Anwendungen mit Thermoschock-Gefahr für derartige Schellen finden sich bei Abgasanlagen von Brennkraftmaschinen, insbe sondere von Kraftfahrzeugen, wobei die Thermoschock-Effekte umso deutlicher sind, je näher die jeweilige Rohrverbindung an der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Besonders gefährdet sind daher Schellen, mit denen ein Abgaskrümmer an den übrigen Abgasstrang angeschlossen wird.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Schelle der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine erhöhte Zuverlässigkeit bei Anwendungen mit Thermoschock-Gefahr auszeichnet.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den Halteabschnitt mit Hilfe von axial wirkenden Federelementen zu bilden, die in der Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet sind und die außerdem so ausgestaltet bzw. dimensioniert sind, dass sie im montierten Zustand der Schelle thermisch bedingten Dehnungen bzw. Schrumpfungen der Flansche federelastisch folgen können. Durch die Verwendung von Federelementen, deren Elastizitätsbereich den gesamten üblicherweise zu erwartenden Dehnungsbereich bzw. Schrumpfungsbereich der Flansche umfasst, können bei Zuständen mit Thermoschock plastische Verformungen der Schelle vermieden werden. Die Funktionalität der Schelle bleibt somit erhalten. Insbeson dere bleibt die mit der Schelle hergestellte Rohrverbindung dicht.

Damit die Federelemente die gewünschte Federelastizität aufweisen können, werden die Federelemente zweckmäßig so ausgestaltet, dass ihre federnde Biegeverformung quasi zweidimensional erfolgt. Um dies zu erreichen, dürfen die Federelemente jeweils keine zu große Erstreckung in Umfangsrichtung aufweisen, da durch eine zu große Erstreckung in Umfangsrichtung die Biegeverformung im jeweiligen Profil des Halteabschnitts quasi dreidimensional wird, wobei die damit einhergehenden Beulungseffekte zu plastischen Verformungen führen können. Bevorzugt wird daher eine Ausführungsform, bei welcher die Federelemente in der Umfangsrichtung jeweils maximal 20 % oder maximal 15 % oder maximal 10 % des Gesamtumfangs des Halteabschnitts einnehmen.

Bei einer Weiterbildung kann jedes Federelement in der Umfangsrichtung ein C-Profil oder ein Ω-Profil aufweisen. Hierdurch lässt sich einerseits eine intensive axiale Verspannung erreichen, wobei andererseits eine vergleichsweise hohe elastische Nachgiebigkeit in axialer Richtung gewährleistet ist.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
1 eine perspektivische Ansicht einer Schelle,
2 eine Axialansicht der Schelle,
3 eine Radialansicht der Schelle entsprechend Blickrichtung III in 2,
4 einen Axialschnitt der Schelle entsprechend Schnittlinie IV in 2,
5 eine Radialansicht der Schelle entsprechend Blickrichtung V in 2,
6 einen Querschnitt der Schelle entsprechend Schnittlinien VI in 5,
7 eine Axialansicht auf einen Teilbereich der Schelle, jedoch bei einer anderen Ausführungsform,
8 einen Querschnitt der Schelle entsprechend Schnittlinien VIII in 7,
9 einen vereinfachten Querschnitt wie in 8, jedoch bei einer anderen Ausführungsform und im montierten Zustand.
Entsprechend den 1 bis 9 umfasst eine Schelle 1 einen Spannabschnitt 2, der radial außen angeordnet ist und sich in Umfangsrichtung erstreckt, sowie einen Halteabschnitt 3, der sich ebenfalls in Umfangsrichtung erstreckt und dabei radial innen angeordnet ist. Die Schelle 1 dient gemäß 9 zum Verbinden von zwei Rohrkörpern 17, 18, die an ihren axialen Enden jeweils einen radial abstehenden Flansch 19, 20 aufweisen, die zum Verbinden der Rohrkörper 17, 18 im wesentlichen deckungsgleich axial aneinander anliegen. Vorzugsweise wird die Schelle 1 zum Herstellen von Rohrverbindungen in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug verwendet. Bevorzugt ist dabei eine motornahe Verwendung, beispielsweise um einen Abgaskrümmer an einen Abgasstrang der Abgasanlage anzubinden.
Der Spannabschnitt 2 dient zum Spannen der Schelle 1 in Umfangsrichtung, wozu er entsprechend den 1 bis 6 eine Spanneinrichtung 4 aufweist. Mit Hilfe der Spanneinrichtung 4 lassen sich in Umfangsrichtung orientierte Zugkräfte in den Spannabschnitt 2 einleiten. Hierzu umfasst die Spanneinrichtung 4 zwei Beschlagelemente 5, die hier als Laschen ausgestaltet sind, und ein Spannglied 6 nach Art eines Gewindebolzens. Durch Drehen des Spannglieds 6 lassen sich die Beschlagelemente 5 aufeinander zu verstellen, was im montierten Zustand der Schelle 1 zur gewünschten Krafteinleitung in Umfangsrichtung führt. Die Beschlagelemente 5 sind jeweils an einem Umfangsende 7 der Schelle 1 bzw. des Spannabschnitts 2 am Spannabschnitt 2 befestigt, z. B. durch Verlöten oder Verschweißen. Die Umfangsenden 7 liegen sich dabei in einer radialen Schellenöffnung 8 in Umfangsrichtung gegenüber. Diese Schellenöffnung 8 ist von der Spanneinrichtung 4 in Umfangsrichtung überbrückt.
Der Halteabschnitt 3 ist durch mehrere axial wirkende Federelemente 9 gebildet, die in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet sind, so dass sie insgesamt parallel wirken. Die Ausgestaltung und Dimensionierung dieser Federelemente 9 ist gezielt so gewählt, dass sie zumindest axialen Dehnungen und Schrumpfungen der vorgenannten Flansche 19, 20, denen die Flansche 19, 20 aufgrund von Temperaturschwankungen der in den Rohrkörpern 17, 18 vorhandenen oder transportierten Medien auftreten können, federelastisch folgen können. Für die Verwendung der Schelle 1 zum Herstellen einer motornahen Rohrverbindung bedeutet dies, dass beim Start der Brennkraftmaschine die relativ starke Ausdehnung der Rohrkörper und somit der Flansche 19, 20 aufgrund der heißen Abgasströmung von den Federelementen 9 der Schelle 1 im elastischen Dehnungsbereich aufgenommen werden kann, so dass es insbesondere zu keinen plastischen Verformungen und somit keiner Beschädigung der Schelle 1 kommt.
Die Federelemente 9 sind bei den hier gezeigten Ausführungsformen so ausgestaltet und dimensioniert, dass die von den thermisch bedingten Größenänderungen der Flansche 19, 20 hervorgerufenen axialen Bewegungen oder Verformungen der Federelemente 9 quasi zweidimensionale Biegeverformungen sind, die sich durch eine vergleichsweise hohe Elastizität und vor allem durch einen vergleichsweise großen Elastizitätsbereich auszeichnen, so dass die Federelemente 9 vergleichsweise große Biegeverformungen elastisch ertragen können. Bei der Ausführungsform der 1 bis 6 sind die einzelnen Federelemente 9 nach Art von im wesentlichen zweidimensional arbeitenden Blattfedern gestaltet.
Die Zweidimensionalität der Biegeverformung wird bei den Federelementen 9 unter anderem dadurch erreicht, dass sie sich jeweils in der Umfangsrichtung nur in einem vergleichsweise kleinen Teilabschnitt entlang des Gesamtumfangs des Halteabschnitts 3 erstrecken. Beispielsweise erstrecken sich die Federelemente 9 maximal entlang 20% des besagten Gesamtumfangs; vorzugsweise beträgt die Maximalerstreckung der Federelemente 15% oder 10% entlang des besagten Gesamtumfangs. Bei der in dem 1 bis 6 gezeigten Ausführungsform sind zwölf Federelemente 9 in Umfangsrichtung verteilt angeordnet, so dass jedes einzelne Federelement 9 weniger als 10% des Gesamtumfangs des Halteabschnitts 3 einnimmt. Bei der in den 7 und 8 gezeigten Ausführungsform sind wesentlich mehr Federelemente 9 vorhanden, so dass die umfangsmäßige Erstreckung des einzelnen Federelements 9 durchaus auch kleiner als 5% des Gesamtumfangs des Halteabschnitts 3 aufweisen kann.
Wie insbesondere 4 entnehmbar ist, können die Federelemente 9 in Umfangsrichtung ein Profil aufweisen, das zumindest in dem hier gezeigten, nicht montierten Zustand der Schelle 1 Ω-förmig gestaltet ist. Das Ω-Profil der Federelemente 9 erleichtert das Anbringen der Schelle 1 an den Flanschen 19, 20, da die Schelle 1 hierbei mit ihrem Halteabschnitt 3 radial von außen auf die Flansche 19, 20 aufgesteckt werden muss. Ebenso können die Federelemente 9 ein C-förmiges Profil aufweisen.
Entsprechend 4 besitzen die Federelemente 9 im Profil zwei Schenkel 10, die von einem Basisabschnitt 11 ausgehen. Bevorzugt ist dabei eine integrale Bauweise, bei welcher die Schenkel 10 und der zugehörige Basisabschnitt 11 integral ineinander übergehen.
Bei der Ausführungsform der 1 bis 6 ist für alle Federelemente 9 eine gemeinsame Basis 12 vorhanden, die sich in Umfangsrichtung erstreckt und die dadurch gebildet ist, dass die Basisabschnitte 11 der Federelemente 9 in Umfangsrichtung integral ineinander übergehen. Hierdurch bildet der Halteabschnitt 3 ein integrales Bauteil, an dem sämtliche Federelemente 9 integral ausgeformt sind.
Bei dieser Ausführungsform bildet die gemeinsame Basis 12 außerdem einen als Zugband wirkenden integralen Bestandteil des Spannabschnitts 2, an dem die Spanneinrichtung 4 ausgebildet ist. Das im Folgenden mit 14 bezeichnete Zugband, also die gemeinsame Basis 12 kann die über die Spanneinrichtung 4 in den Spannabschnitt 2 eingeleiteten Zugkräfte zwischen den Umfangsenden 7 des Spannabschnitts 2 bzw. der Schelle 1 in Umfangsrichtung übertragen. Bei dieser Ausführungsform ist somit das Zugband 14 des Spannabschnitts 2 durch die gemeinsame Basis 12 des Halteabschnitts 3 gebildet, wodurch sich eine integrale Bauweise für Spannabschnitt 2 und Halteabschnitt 3 ergibt.
Grundsätzlich ist auch eine andere Ausführungsform möglich, bei welcher der Spannabschnitt 2, insbesondere dessen Zugband 14 separat vom Halteabschnitt 3 bzw. separat von den Federelementen 9 gefertigt ist, siehe weiter unten zu den 7 und 8.
Zur Herstellung des die Federelemente 9 integral enthaltenden Halteabschnitts 3 wird zwischen benachbarten Schenkeln 10 jeweils ein Freiraum 13 frei geschnitten oder frei gestanzt, was vorzugsweise den 2 und 6 entnehmbar ist. Um die Zweidimensionalität der Biegeverformung innerhalb der einzelnen Federelemente 9 besser realisieren zu können, sind die Freiräume 13 in radialer Richtung so dimensioniert, dass sie sich bis zur gemeinsamen Basis 12, also bis zum Zugband 14 des Spannabschnitts 2 erstrecken. Gleichzeitig wird da durch erreicht, dass die Schelle 1 um eine parallel zur Axialrichtung verlaufende Biegeachse eine vergleichsweise hohe Biegeverformbarkeit aufweist, was das Anbringen der Schelle 1 an den Flanschen 19, 20 vereinfacht.
Bei der in den 7 und 8 gezeigten Ausführungsform sind die Federelemente 9 exemplarisch im Profil C-förmig ausgestaltet. Alternativ ist auch bei dieser Ausführungsform ein Ω-Profil möglich. Bei dieser Ausführungsform ist jedes Federelement 9 durch einen gebogenen Draht 15 gebildet. Dabei ist der Draht 15 so gebogen, dass er bei jedem Federelement 9 die beiden Schenkel 10 und den zugehörigen Basisabschnitt 11 formt, vergleiche hierzu B. Entsprechend 7 können mehrere benachbarte Federelemente 9, vorzugsweise alle Federelemente 9, mit Hilfe eines einzigen Drahts 15 gebildet sein, der auf entsprechende Weise gebogen ist und auf diese Weise ohne Unterbrechung von einem Federelement 9 in das nächste Federelement 9 übergeht.
Bei dieser Ausführungsform sind außerdem der Spannabschnitt 2 und der Halteabschnitt 3 separate Bauteile, die auf geeignete Weise aneinander befestigt sind. Der Spannabschnitt 2 weist hier dementsprechend ein separates Zugband 14 auf, an dem der Halteabschnitt 3 bzw. die einzelnen Federelemente 9 befestigt sind. Die Anbindung der Federelemente 9 erfolgt dabei über den Draht 15 bzw. über die Basisabschnitte 11 am Zugband 14. Beispielsweise können hierzu wie in den 7 und 8 entsprechende Haltelaschen 16 vorgesehen sein, mit denen die Federelemente 9 am Zugband 14 fixiert sind. Grund sätzlich sind auch Schweißpunkte oder Lötverbindungen denkbar. Vorteilhaft lassen sich hier die Beschlagelemente 5 in das Zugband 14 integrieren.
9 zeigt in vereinfachter Darstellung die Schelle 1 im montierten Zustand, in dem sie die zwei Rohrkörper 17, 18 verbindet, die dabei mit den endseitig angeordneten, radial abstehenden Flanschen 19, 20 axial aneinander anliegen. Hierbei umgreift der Halteabschnitt 3 die Flansche 19, 20 in Umfangsrichtung, ist radial außen auf die Flansche 19, 20 aufgesetzt und übergreift die Flansche 19, 20 axial beiderseits. Gleichzeitig verspannt der Halteabschnitt 3 mit Hilfe der Federelemente 9 die beiden Flansche 19, 20 axial gegeneinander.

Claims

Schelle zum Verbinden von zwei Rohrkörpern (17, 18), die mit endseitig angeordneten, radial abstehenden Flanschen (19, 20) axial aneinander anliegen, – wobei die Schelle (1) einen Spannabschnitt (2) zum Spannen der Schelle (1) in Umfangsrichtung aufweist, der eine Spanneinrichtung (4) zum Einleiten von in Umfangsrichtung orientierten Zugkräften in den Spannabschnitt (2) aufweist, die eine radiale Schellenöffnung (8) in Umfangsrichtung überbrückt, – wobei die Schelle (1) einen Halteabschnitt (3) aufweist, der im montierten Zustand die Flansche (19, 20) in Umfangsrichtung umgreift, radial außen auf die Flansche (19, 20) aufgesetzt ist und diese dabei axial beiderseits übergreift und axial gegeneinander spannt, – wobei der Halteabschnitt (3) aus mehreren, in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten, axial wirkenden Federelementen gebildet ist, – wobei jedes Filterelement (9) so ausgestaltet und so dimensioniert ist, dass es im montierten Zustand der Schelle (1) thermisch bedingten Dehnungen und Schrumpfungen der Flansche (19, 20) federelastisch folgen kann.
Schelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Federelement (9) in der Umfangsrichtung maximal 20% oder maximal 15% oder maximal 10% des Gesamtumfangs des Halteabschnitts (3) einnimmt.
Schelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Federelement (9) in Umfangsrichtung ein Profil aufweist, dass zumindest im nicht montierten Zustand der Schelle (1) C-förmig oder Ω-förmig ist.
Schelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, – dass jedes Federelement (9) in Umfangsrichtung ein Profil mit zwei sich radial erstreckenden Schenkeln (10) aufweist, die von einem Basisabschnitt (11) abgehen, – dass bei jedem Federelement (9) die beiden Schenkel (10) und der Basisabschnitt (11) integral ineinander übergehen.
Schelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle Basisabschnitte (11) der Federelemente (9) in Umfangsrichtung integral ineinander übergehen und für alle Federelemente (9) eine gemeinsame Basis (12) bilden, die sich in Umfangsrichtung erstreckt.
Schelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Basis (12) einen die Spanneinrichtung (4) aufweisenden integralen Bestandteil des Spannabschnitts (2) bildet, der als Zugband (14) wirkt und der die von der Spanneinrichtung (4) eingeleiteten Zugkräfte zwischen an die Schellenöffnung (8) angrenzenden Enden (7) des Spannabschnitts (2) in Umfangsrichtung überträgt.
Schelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem Federelement (9) der Basisabschnitt (11) und die beiden Schenkel (10) durch einen gebogenen Draht (15) gebildet sind.
Schelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere oder alle Federelemente (9) mittels eines entsprechend gebogenen Drahts (15) gebildet sind, der unterbrechungsfrei von einem Federelement (9) in das nächste Federelement (9) übergeht.
Schelle nach Anspruch 4 oder 5 oder nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannabschnitt (2) ein sich in Umfangsrichtung erstreckendes, die Spanneinrichtung (4) aufweisendes Zugband (14) aufweist, das die von der Spanneinrichtung (4) eingeleiteten Zugkräfte zwischen an die Schellenöffnung (8) angrenzenden Enden (7) des Spannabschnitts (2) in Umfangsrichtung überträgt.
Schelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, – dass zumindest das Zugband (14) ein bezüglich des Halteabschnitts (3) separat hergestelltes Bauteil ist, und/oder – dass die Federelemente (9) über den Draht (15) oder über ihre Basisabschnitte (11) oder über ihre gemeinsame Basis (12) am Zugband (14) befestigt sind.