DE102006020608A1

DE102006020608A1 - Arrangement e.g. for fixing exhaust gas pipe to engine block, has exhaust pipe attached to adjoining flange and to cylinder head with exhaust pipe has ring gap arranged between outer side of pipe and opening of flange

Info

Publication number: DE102006020608A1
Application number: DE200610020608
Authority: DE
Inventors: Abdullah Atac; Christian Smatloch
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2006-05-02
Filing date: 2006-05-02
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2026-05-03
Also published as: DE102006020608B4

Abstract

The arrangement has an exhaust pipe (1) attached to an adjoining flange (2, 2a) and to cylinder head (4). The exhaust pipe has a ring gap (10) arranged between an outer side of the exhaust pipe and an opening (7) of the flange. A clamping sleeve (11, 11a, 11b) is arranged to the flange. The clamping sleeve has a tapered section, or configured as such that the cylinder head is facing the external diameter smaller end (13). An independent claim is included for an arrangement, and a method for fixing an exhaust pipe to a cylinder head.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Fixierung eines Abgasrohrs gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Fixierung des Abgasrohrs gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 15.The The invention relates to an arrangement for fixing an exhaust pipe according to the characteristics in the preamble of claim 1 and a method for fixing the exhaust pipe according to the features of the preamble of claim 15.

Abgaskrümmer für Brennkraftmaschinen werden entweder gusstechnisch oder schweißtechnisch aus Rohren und Schalen hergestellt. Diese sogenannten gebauten Abgaskrümmer weisen gegenüber Gusskrümmern unter anderem den Vorteil auf, dass sie ein geringeres Gewicht haben und sich dadurch positiv auf den Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs auswirken. Ihre geringere thermische Masse führt zu einem besseren Anspringverhalten des Katalysators. Die gleichzeitig geringere Wärmeabstrahlung eines gebauten Abgaskrümmers führt zu einer geringeren thermischen Belastung angrenzender Bauteile im Motorraum. Im Gegensatz zu gusstechnisch hergestellten Abgaskrümmern besitzen gebaute Abgaskrümmer ein günstigeres Ableitungsvermögen, wodurch der Abgasgegendruck geringer ist, was sich ebenfalls positiv auf den Kraftstoff verbrauch auswirkt. Nachteilig sind hingegen die durch die aufwendigere Fertigung bedingten höheren Kosten. Auch sind konstruktive Freiheiten durch limitiertes Umformvermögen der Blechwerkstoffe eingeschränkt. Insgesamt ist der Entwicklungsprozess für gebaute Abgaskrümmer aufwendiger, da bezüglich der Dauerhaltbarkeit Rohre und Schalenbauteile nicht so einfach an Spannungsspitzen angepasst werden können wie Gussteile. Insbesondere stellen die Schweißnähte Schwachstellen eines Abgaskrümmers dar. Die beim Schweißen eingebrachte Wärme verändert die Werkstoffeigenschaften. Es können Startkerben oder Risse entstehen, wobei insbesondere durch Inhomogenitäten im Werkstoff Spannungsspitzen während des Betriebs des Kraftfahrzeugs entstehen.Exhaust manifold for internal combustion engines are either by casting or welding technology from pipes and shells produced. These so-called built exhaust manifolds have opposite cast iron manifolds Another advantage is that they have a lower weight and This has a positive effect on the fuel consumption of the motor vehicle impact. Their lower thermal mass leads to a better starting behavior of the Catalyst. The simultaneously lower heat radiation of a built exhaust manifold leads to a lower thermal load on adjacent components in the engine compartment. In contrast to cast gas produced exhaust manifolds have built exhaust manifold a cheaper one Derivative assets, whereby the exhaust gas back pressure is lower, which is also positive on the fuel consumption. The disadvantage, however, are the due to the more expensive production-related higher costs. Also are constructive Freedom limited by limited formability of sheet materials. All in all is the development process for built exhaust manifold more complex, as regards the Shelf life Pipes and shell components are not so easy on voltage peaks can be adjusted like castings. In particular, the welds are weak points of an exhaust manifold. The welding introduced heat changes the Material properties. It can start scores or cracks occur, in particular by inhomogeneities in the material Spikes during arise the operation of the motor vehicle.

Heutige Abgaskrümmer für Brennkraftmaschinen mit mindestens zwei in Reihe angeordneten Zylindern werden aus Gründen der Demontierbarkeit mit Schrauben am Zylinderkopf befestigt. Hierfür werden im allgemeinen Schrauberautomaten verwendet, um besonders kurze Montagezyklen zu realisieren und um exakte Anzugsdrehmomente zu gewährleisten. Der Einsatz von Schrauberautomaten setzt einen Abgaskrümmer voraus, der entsprechende Schrauberfreigänge für den Schrauberautomaten besitzt. Allerdings wird durch diese Anforderung die vornehmlichste Funktion eines Abgaskrümmers, nämlich das Abgas in optimaler Weise zu leiten, stark behindert. Aufgrund der Schrauberfreigänge ergibt sich oftmals eine Rohrführung, die zu einem erhöhten Abgasgegendruck und damit zu einer geringeren Motoreffizienz bzw. erhöhtem Kraftstoffverbrauch führt. Die Rohrführung kann zudem komplexere Umformverfahren und/oder Fügetechniken erforderlich machen, was zu erhöhten Fertigungskosten führt. Darüber hinaus lassen sich nicht alle Abgaskrümmerkonzepte realisieren, wobei insbesondere der Zündfolgekrümmer zu erwähnen ist, der im Allgemeinen eine erhöhte Leistungsausbeute eines Motors ermöglicht, weil er in besonderer Weise die gasdynamischen Zusammenhänge von Hubkolbenmotoren berücksichtigt. Dieses sehr vorteilhafte Krümmerkonzept kann wegen einzuhaltender Schraubenfreigänge nur selten eingesetzt werden.today exhaust manifold for internal combustion engines with at least two cylinders arranged in series are used for reasons of Removable with screws attached to the cylinder head. For this will be In general, screwdrivers used to be particularly short To realize assembly cycles and to exact tightening torques guarantee. The use of automatic screwdrivers requires an exhaust manifold, the corresponding screwdriver release for the Has automatic screwdrivers. However, this requirement the most important function of an exhaust manifold, namely the exhaust in optimal Way to guide, severely handicapped. Due to the screwdriver release results often a pipe run, to an increased exhaust back pressure and thus to a lower engine efficiency and increased fuel consumption leads. The pipe guide may also require more complex forming processes and / or joining techniques, which increased too Production costs leads. About that In addition, not all exhaust manifold concepts can be realized, wherein in particular the Zündfolgekrümmer too mention which is generally an elevated one Power output of an engine allows because he is in special Considering the gas-dynamic relationships of reciprocating engines. This very advantageous manifold concept can rarely be used because of the bolt clearance to be maintained.

Im Stand der Technik sind Möglichkeiten zur Befestigung von Krümmern bekannt, bei denen Schrauben in größerem Abstand zu dem Abgasrohr angeordnet sind. Ein Beispiel hierfür ist die in der DE 196 53 908 A1 beschriebene Lösung, die einen Gusskrümmer zeigt, der einerseits in eine speziell an den Motorblock angegossene und mechanisch bearbeitete Nut eingehangen und anschließend über eine Klemmleiste gegen den Zylinderkopf geklemmt wird. Zum Ausgleich der Fertigungstoleranzen und zum Aufbringen der erforderlichen Klemmkräfte wird ein als Feder konfiguriertes Dichtelement eingesetzt. Um jedoch die relativ hohen Klemmkräfte aufzunehmen, muss das Dichtelement steif ausgelegt werden, was wiederum bewirkt, dass die typischen Eigenschaften einer Dichtung, nämlich die Überlagerung feiner Oberflächenimperfektitäten, nicht mehr hinreichend erfüllt werden kann. Wenn hingegen eine relativ weich ausgeführte Dichtung verwendet wird, die hinsichtlich ihrer Dichtfunktion optimiert ist, kann diese die erforderliche Klemmkraft nicht aufnehmen.In the prior art, possibilities for the attachment of elbows are known, in which screws are arranged at a greater distance from the exhaust pipe. An example of this is the one in the DE 196 53 908 A1 described solution which shows a cast iron, which is mounted on the one hand in a specially cast on the engine block and mechanically machined groove and then clamped by a terminal strip against the cylinder head. To compensate for the manufacturing tolerances and to apply the necessary clamping forces a configured as a spring sealing element is used. However, to accommodate the relatively high clamping forces, the sealing element must be designed to be rigid, which in turn causes the typical properties of a seal, namely the superposition of fine Oberflächenimperfektitäten, can not be sufficiently fulfilled. If, however, a relatively soft seal is used, which is optimized in terms of their sealing function, this can not absorb the required clamping force.

In der DE 44 30 399 A1 wird eine Anordnung zur Verbindung eines Flansches mit einem Motorblock vorgeschlagen mit einem Gusskrümmer mit beidseitig angegossenen und anschließend mechanisch bearbeiteten Schrägflächen. Grundsätzlich ist die mechanische Bearbeitung von Schrägflächen aufwendig. Weiterhin neigen die Schrägflächen beim Anschrauben des Gusskrümmers dazu, hohe Verspannkräfte aufzubauen, die unter dem Einfluss der hohen Betriebstemperaturen, denen diese Bauteile ausgesetzt sind, schnell durch Kriechvorgänge abgebaut werden, so dass es nach relativ kurzer Zeit zu Undichtigkeiten kommen kann. Erschwerend kommt hinzu, dass es durch die Spann- bzw. Klemmschrauben lediglich zu einer punktuellen Kraftbeaufschlagung kommt, wobei eine elastische Abfederung dieses Effektes nicht vorgesehen ist.In the DE 44 30 399 A1 an arrangement for connecting a flange with an engine block is proposed with a cast iron manifold with cast on both sides and then machined inclined surfaces. In principle, the mechanical processing of inclined surfaces is expensive. Furthermore, the inclined surfaces tend when screwing the sprue to build high clamping forces, which are rapidly degraded by creeping under the influence of the high operating temperatures to which these components are exposed, so that it can lead to leaks after a relatively short time. To make matters worse, that it comes only by the clamping or clamping screws to a selective application of force, with an elastic cushioning of this effect is not provided.

Die in der DE 198 18 585 C1 offenbarte Vorrichtung zum Verbinden eines Krümmerrohrs einer Auspuffanlage mit einem Zylinderkopf sieht einen Klemmflansch vor, der über eine endseitige Aufweitung des Krümmerrohrs greift. Der Klemmflansch weist einen über das Krümmerrohr in Richtung auf den Zylinderkopf frei auskragenden Klemmring auf, mit welchem er über eine Rastverbin dung mit dem Zylinderkopf oder ein mit dem Zylinderkopf verbundenes Teil verbunden ist. Diese Idee ist prinzipiell nur für Einzylinder-Krümmer anzuwenden, da der Kostenaufwand bei der Implementierung eines Mehrzylinder-Abgaskrümmers sehr hoch ist. Die rein kraftschlüssige Kopplung ist relativ anfällig für Stöße und kann infolgedessen zu Undichtigkeiten führen. Darüber hinaus ist die vorgeschlagene Lösung nur bedingt mechanisch belastbar, da es über den Kraftschluss leicht zu Verschiebungen bzw. Verdrehungen kommen kann. Aus diesem Grund kann es bei Krümmern mit hohem Gewicht, beispielsweise bei Krümmern mit integriertem Katalysator, zu Problemen kommen. Auch ist eine aufwändige Bearbeitung des Zylinderkopfes, eines Zwischenteils und des Klemmrings erforderlich. Zudem ist die unmittelbare Befestigung am Zylinderkopf im Wesentlichen nur für Zylinderköpfe aus Stahl anwendbar, da bei Zylinderköpfen aus Aluminium die unterschiedlich großen Ausdehnungskoeffizienten zu Undichtigkeiten führen könnten.The in the DE 198 18 585 C1 The disclosed device for connecting a manifold of an exhaust system with a cylinder head provides a clamping flange, which engages over an end-side expansion of the manifold pipe. The clamping flange has a over the manifold tube in the direction of the cylinder head cantilevered clamping ring, with which he tion via a Rastverbin with the Cylinder head or connected to the cylinder head part is connected. In principle, this idea can only be applied to single-cylinder manifolds, since the cost of implementing a multi-cylinder exhaust manifold is very high. The purely frictional coupling is relatively prone to shocks and can consequently lead to leaks. In addition, the proposed solution is only limited mechanical load, as it can easily come over the adhesion to shifts or twists. For this reason, it can lead to problems with high-weight manifolds, for example, with manifolds with integrated catalyst. Also, a complex processing of the cylinder head, an intermediate part and the clamping ring is required. In addition, the direct attachment to the cylinder head is essentially only applicable to cylinder heads made of steel, since cylinder heads made of aluminum, the different coefficients of expansion could lead to leaks.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Fixierung eines Abgasrohrs an einem Zylinderkopf sowie ein Verfahren zur Fixierung eines Abgasrohrs aufzuzeigen, wobei das Abgasrohr bei kurzen Fertigungszeiten bezüglich des Flansches und insbesondere mit kurzen Montagezeiten an dem Zylinderkopf fixiert werden kann, wobei gleichzeitig die Dauerfestigkeit gegenüber bekannten Lösungen erhöht ist und zudem die konstruktive Freiheit in Bezug auf den Verlauf der Abgasrohre verbessert ist.Of these, Based on the object of the invention, an arrangement for fixing an exhaust pipe to a cylinder head and a method show for fixing an exhaust pipe, wherein the exhaust pipe regarding short production times the flange and in particular with short assembly times on the cylinder head can be fixed, while the fatigue strength compared to known solutions elevated is and also the constructive freedom in relation to the course the exhaust pipes is improved.

Der gegenständliche Teil der Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.Of the representational Part of the object is solved by the features of patent claim 1.

Die Maßnahmen des Patentanspruchs 15 lösen den verfahrensmäßigen Teil der Aufgabe.The activities of claim 15 solve the procedural part the task.

Die jeweils abhängigen Patentansprüche betreffen vorteilhafte nicht selbstsverständliche Ausgestaltungen der Erfindung.The each dependent claims relate to advantageous non-self-evident embodiments of Invention.

Es wird eine Anordnung zur Fixierung eines Abgasrohrs an einem Zylinderkopf vorgeschlagen, wobei das Abgasrohr nicht unmittelbar an dem Zylinderkopf, sondern an einem mit dem Zylinderkopf zu verbindenden, insbesondere zu verschraubenden Flansch befestigt ist. Das Abgasrohr ist dadurch an dem Flansch gehalten, dass eine Klemmhülse in einen Ringspalt zwischen der Außenseite des Abgasrohrs und einer das Abgasrohr umgebenden Anschlussöffnung des Flansches eingesetzt ist. Die Anschlussöffnung kann in einem massiven Stanz, Guss- oder Schmiedeflansch ausgebildet sein. Bei dem Flansch kann es sich auch um einen Tiefziehflansch handeln.It is an arrangement for fixing an exhaust pipe to a cylinder head proposed, wherein the exhaust pipe not directly to the cylinder head, but at a to be connected to the cylinder head, in particular to be screwed flange is attached. The exhaust pipe is thereby held on the flange, that a clamping sleeve in an annular gap between the outside of the exhaust pipe and used a surrounding the exhaust pipe connection opening of the flange is. The connection opening can be formed in a solid stamping, casting or forging flange be. The flange may also be a deep-drawn flange act.

Wesentlich bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist, dass das Abgasrohr nachträglich, das heißt nach der Montage des Flansches am Zylinderkopf in die Anschlussöffnung des Flansches eingesteckt werden kann, so dass das Abgasrohr kein Hindernis für Schraubautomaten darstellt, da quasi beliebige Schrauberfreigänge vorhanden sind. Dadurch stehen bei derartig gebauten Abgaskrümmern wesentlich größere konstruktive Freiheiten in Bezug auf den Verlauf der Abgasrohre zur Verfügung. Zudem wird ein verbessertes Dichtverhalten des aus Abgasrohr und Flansch bestehenden Abgaskrümmers erreicht, da die bislang üblichen Schweiß- bzw. Lötverbindungen entfallen und daher auch eine auf die eingebrachte Schweißwärme zurückzuführende Verformung der Bauteile, insbesondere des Flansches, verhindert wird. Durch das Wegfallen stoffschlüssiger Verbindungsverfahren ist auch keine Innenreinigung der Abgasrohre zur Entfernung von Schweißrückständen mehr erforderlich.Essential in the inventive arrangement is that the exhaust pipe subsequently, this means after mounting the flange on the cylinder head into the connection opening of the Flange can be inserted, so that the exhaust pipe no obstacle for automatic screwdrivers represents, as virtually any screwdriver releases are available. Thereby standing in such built exhaust manifolds much larger constructive Freedoms in relation to the course of the exhaust pipes available. In addition, will an improved sealing behavior of the existing exhaust pipe and flange exhaust manifold achieved, since the usual welding or solder joints eliminates and therefore also attributable to the introduced welding heat deformation the components, in particular the flange, is prevented. By the elimination of cohesive connection methods is also no internal cleaning of the exhaust pipes for the removal of Welding residues more required.

Da der Endabschnitt des Abgasrohrs durch die eingegliederte Klemmhülse nicht vollflächig wie bei Schweißverbindung an der Anschlussöffnung des Flansches anliegt, ist die Wärmeübertragung zum Flansch geringer. Zudem treten weniger Schwingungen im Übergangsbereich vom Flansch zum Abgasrohr auf, was sich positiv auf die Geräuschübertragung vom Motor auf den Abgastrakt auswirkt. Zudem verfügt die erfindungsgemäße Anordnung über eine erhöhte Dauerhaltbarkeit im Vergleich zu Schweißverbindungen, da eine Schweißnaht im Bereich sehr hoher Temperaturgradienten durch eine Klemmhülse als elastisches Element ersetzt wird. Kraftspitzen werden auf diese Art und Weise erheblich reduziert.There the end portion of the exhaust pipe through the incorporated clamping sleeve not entire area as with welded connection at the connection opening the flange abuts, is the heat transfer lower to the flange. In addition, fewer vibrations occur in the transition region from the flange to the exhaust pipe, which has a positive effect on the noise transmission from the engine to the exhaust tract. In addition, the arrangement according to the invention has an increased durability compared to welded joints, there a weld in the range of very high temperature gradients through a clamping sleeve as elastic element is replaced. Force peaks are on this Way considerably reduced.

Die Klemmhülse weist einen Kegelmantelabschnitt auf oder ist als Kegelmantelabschnitt konfiguriert, wobei ihr im Außendurchmesser kleineres Ende dem Zylinderkopf zugewandt ist. Die Klemmhülse könnte man als geschlossenen Ring in Form einer Tellerfeder mit sehr kleinem Kegelwinkel bezeichnen, wobei die Federwirkung einer derart gestalteten Klemmhülse nicht in axiale Richtung weist wie bei einer Tellerfeder, sondern in radiale Richtung, das heißt in Umfangsrichtung. Über diese Federwirkung ist das Abgasrohr gegenüber der Anschlussöffnung des Flansches abgestützt.The collet has a conical surface portion or is as a conical surface portion configured with its outer diameter smaller end faces the cylinder head. The clamping sleeve could be as a closed ring in the form of a plate spring with a very small Designate cone angle, the spring action of such a designed clamping sleeve not in the axial direction, as in a plate spring, but in radial Direction, that is in Circumferential direction. about this spring action is the exhaust pipe opposite the connection opening of the flange supported.

Die Klemmhülse wird auf dem Abgasrohr vormontiert, indem sie stramm, das heißt mit festem Sitz auf die Außenseite des Abgasrohrs aufgeschoben bzw. gepresst wird. Durch die Konizität der Klemmhülse dient diese bei der Montage an den Flansch sowohl als Einführhilfe als auch als Zentriermittel, so dass das Abgasrohr in einer geradlinigen Bewegung in die Anschlussöffnung des Flansches gesteckt werden kann. Hierbei liegt das dem Zylinderkopf abgewandte Ende der Klemmhülse an der Wandung der Anschlussöffnung an und wird geringfügig radial nach innen zusammengedrückt.The collet is preassembled on the exhaust pipe by being tight, that is with a firm seat on the outside the exhaust pipe is pushed or pressed. By the taper of the clamping sleeve is used this when mounting to the flange both as an insertion aid as well as centering, leaving the exhaust pipe in a rectilinear motion in the connection opening the flange can be inserted. This is the cylinder head opposite end of the clamping sleeve on the wall of the connection opening and becomes minor compressed radially inward.

Die Breite des Ringspalts zwischen der Anschlussöffnung und der Außenseite des Abgasrohrs ist dabei so bemessen, dass die Klemmhülse immer elastisch vorgespannt ist. Die Vorspannung wird dadurch erzielt, dass die Klemmhülse mit ihrem dem Zylinderkopf zugewandten Ende nur an dem Abgasrohr anliegt und mit ihrem dem Zylinderkopf abgewandten Ende nur an dem Flansch anliegt. Die Innen- und Außenkanten, die im Kontakt mit dem Abgasrohr bzw. der Anschlussöffnung stehen, arbeiten sich dabei in das Abgasrohr und den Flansch ein, so dass ein Herausziehen des Abgasrohrs entgegen der Einsteckrichtung nur mit sehr hohen Kräften und unter Zerstörung des Abgasrohrs bzw. des Flansches möglich ist.The Width of the annular gap between the connection opening and the outside of the exhaust pipe is dimensioned so that the clamping sleeve always elastic is biased. The bias is achieved by the collet with her the cylinder head end facing only on the exhaust pipe abuts and facing away with the cylinder head end only on the Flange is applied. The inside and outside edges, in contact with the exhaust pipe or the connection opening stand, while working in the exhaust pipe and the flange, so that pulling out of the exhaust pipe opposite to the insertion only with very high forces and under destruction the exhaust pipe or the flange is possible.

Um den Formschluss zwischen der Klemmhülse und dem Abgasrohr sowie der Anschlusöffnung zu verbessern, kann die an dem Flansch anliegende Außenkante der Klemmhülse mit einem radial nach außen gerichteten Grat versehen sein. Der Grat kann lediglich in Teilbereichen des Umfangs angeordnet sein.Around the positive connection between the clamping sleeve and the exhaust pipe and the connection opening to can improve, the voltage applied to the flange outer edge the clamping sleeve with a radially outward directed burr be provided. The ridge can only be partial be arranged of the circumference.

Bevorzugt ist ein vollständig umlaufender Grat vorgesehen. Im gleichen Sinne kann eine an dem Abgasrohr anliegende Innenkante der Klemmhülse mit einem radial nach innen gerichteten Grat versehen sein, der zumindest bereichsweise vorhanden ist.Prefers is a complete one circumferential ridge provided. In the same sense, one at the Exhaust pipe adjacent inner edge of the clamping sleeve with a radially inward directed burr be provided that at least partially available is.

Die erfindungsgemäßen Vorteile kommen auch dann zum Tragen, wenn die Klemmhülse an dem Abgasrohr nicht nur kraftschlüssig, sondern auch stoffschlüssig fixiert ist. Beispielsweise kann die Klemmhülse mit ihrem dem Zylinderkopf zugewandten Ende eine Stirnseite des Abgasrohrs hintergreifen und dort stoffschlüssig mit dem Abgasrohr verbunden sein. Die stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise durch Reibschweißung hergestellt sein. Die Klemmhülse würde daher anstelle der Stirnseite des Abgasrohrs unmittelbar auf einer zwischen dem Flansch und dem Zylinderkopf angeordneten Kopfdichtung aufliegen und somit zu einem Teil des Dichtungsverbundes werden.The Advantages of the invention come also to bear, if the clamping sleeve on the exhaust pipe not only frictionally, but also cohesively is fixed. For example, the clamping sleeve with its the cylinder head behind one end face of the exhaust pipe and engage behind there cohesively be connected to the exhaust pipe. The cohesive connection can, for example by friction welding be prepared. The clamping sleeve would therefore instead of the end face of the exhaust pipe directly on one between the Flange and the cylinder head arranged head gasket rest and thus become part of the seal composite.

Wesentlichen Einfluss auf die Dichtigkeit und die Dauerhaltbarkeit der erfindungsgemäßen Anordnung haben die eingesetzten Werkstoffe. Wichtig für eine dauerhafte Vorspannung der Klemmhülse ist, dass diese sowohl in einem gewissen Umfang federnd wirkt als auch eine hinreichende Härte besitzt, um sich durch plastische Umformung einerseits mit dem Abgasrohr und andererseits mit der Anschlussöffnung des Flansches zu verkrallen. Die Klemmhülse soll daher aus einem Werkstoff bestehen, der eine größere Härte aufweist als der Werkstoff des Abgasrohrs und als der Werkstoff des Flansches. Bevorzugt entspricht die Härte der Klemmhülse dem 1,3fachen bis 2,1fachen der Härte des Abgasrohrs.essentially Influence on the tightness and the durability of the arrangement according to the invention have the materials used. Important for a permanent preload the clamping sleeve is that this acts to a certain extent resilient than also a sufficient hardness owns, by plastic deformation on the one hand with the exhaust pipe and on the other hand with the connection opening of the flange to dig. The clamping sleeve should therefore consist of a material having a greater hardness as the material of the exhaust pipe and as the material of the flange. The hardness preferably corresponds the clamping sleeve 1.3 times to 2.1 times the hardness of the exhaust pipe.

Die Klemmhülse kann insbesondere aus einem Federstahl gefertigt sein. Auch Klemmhülsen aus einem gehärteten, austenitischen Edelstahl können zum Einsatz kommen.The collet can be made in particular of a spring steel. Also clamping sleeves off a hardened, austenitic stainless steel can be used.

Es hat sich gezeigt, dass eine optimale Abdichtung und Dauerhaltbarkeit dann gewährleistet ist, wenn bestimmte geometrische Rahmenbedingungen der Klemmhülse eingehalten werden. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die in Axialrichtung des Abgasrohrs gemessene Länge der Klemmhülse dem 5fachen bis 10fachen der Wandstärke des Abgasrohrs entspricht. Die in Radialrichtung gemessene Dicke der Klemmhülse sollte dem 0,4fachen bis 0,7fachen der Wandstärke des Abgasrohrs entsprechen. Günstig sind eingeschlossene Kegelwinkel der Klemmhülse in einem Bereich von 6° bis 14° bzw. 3° bis 7° gegenüber einer Mittenachse der Klemmhülse.It Has been shown to be an optimal seal and durability then guaranteed is, if certain geometric conditions of the clamping sleeve complied with become. In particular, it is advantageous if the in the axial direction length of the exhaust pipe the clamping sleeve 5 times to 10 times the wall thickness of the exhaust pipe corresponds. The thickness of the ferrule measured in the radial direction should be 0.4 times to 0.7 times the wall thickness correspond to the exhaust pipe. Cheap are included cone angles of the clamping sleeve in a range of 6 ° to 14 ° or 3 ° to 7 ° relative to a Center axis of the clamping sleeve.

Die Verbindung zwischen Flansch und Abgasrohr kann dadurch verbessert werden, dass das Abgasrohr nach dem Einstecken etwas entgegen der Einsteckrichtung zurückgezogen wird, um durch plastische Umformung der Anschlussöffnung mittels der Klemmhülse einen formschlüssigen Eingriff herbeizuführen. Das Zurückziehen des Abgasrohrs ist nicht so zu verstehen, dass das Abgasrohr signifikant in seiner Längsrichtung verlagert wird, sondern so, dass das Abgasrohr entgegen der Einsteckrichtung mit einer Kraft beaufschlagt wird, um die plastische Umformung der Anschlussöffnung zu realisieren. Dabei verlagert sich das Abgasrohr nur minimal, wobei sich allerdings die Klemmhülse in der Wandung der Anschlussöffnung verkrallt.The Connection between flange and exhaust pipe can be improved be that the exhaust pipe after insertion something contrary to the insertion withdrawn is to by plastic deformation of the connection opening by means of collet a form-fitting To bring about intervention. The retreat of the exhaust pipe is not to be understood that the exhaust pipe significantly in its longitudinal direction is shifted, but so that the exhaust pipe against the insertion with a force is applied to the plastic deformation of the connection opening realize. Here, the exhaust pipe moves only minimally, with however, the clamping sleeve in the wall of the connection opening digs.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:The The invention will be described below with reference to the schematic drawings illustrated embodiments explained in more detail. It shows:

1 eine erste Ausführungsform einer Anordnung zur Fixierung eines Abgasrohrs an einem Zylinderkopf im Querschnitt; 1 a first embodiment of an arrangement for fixing an exhaust pipe to a cylinder head in cross section;

2 eine zweite Ausführungsform einer Anordnung zur Fixierung eines Abgasrohrs an einem Zylinderkopf im Querschnitt; 2 a second embodiment of an arrangement for fixing an exhaust pipe to a cylinder head in cross section;

3 einen Klemmring in der Einbaulage in einer vergrößerten Schnittdarstellung in einer ersten Ausführungsform; 3 a clamping ring in the installed position in an enlarged sectional view in a first embodiment;

4 einen Klemmring in der Einbaulage in vergrößerter Darstellung im Querschnitt gemäß einer zweiten Ausführungsform und 4 a clamping ring in the installed position in an enlarged view in cross section according to a second embodiment and

5 einen Klemmring in der Einbaulage in vergrößerter Darstellung im Querschnitt gemäß einer dritten Ausführungsform. 5 a clamping ring in the mounting position in an enlarged view in cross section according to a third embodiment.

1 zeigt schematisch als Teil eines Krümmers ein Abgasrohr 1, das über einen Flansch 2 mittels Schrauben 3 an einem Zylinderkopf 4 einer Verbrennungskraftmaschine befestigt ist. Bei dem Flansch 2 handelt es sich um ein Blechbauteil, das im Tiefziehverfahren hergestellt ist. 1 shows schematically as part of a Krüm Mers an exhaust pipe 1 that has a flange 2 by means of screws 3 on a cylinder head 4 an internal combustion engine is attached. At the flange 2 it is a sheet metal part, which is manufactured by thermoforming.

Die Ausführungsform der 2 unterscheidet sich von derjenigen der 1 lediglich dadurch, dass anstelle eines tiefgezogenen Flansches 2 ein aus dem Vollmaterial gestanzter Flansch 2a verwendet wird. Zwischen dem Flansch 2 bzw. 2a und dem Motorblock 4 ist ein Dichtelement 5 eingegliedert.The embodiment of the 2 is different from the one of 1 only in that instead of a deep-drawn flange 2 a stamped from the solid material flange 2a is used. Between the flange 2 respectively. 2a and the engine block 4 is a sealing element 5 incorporated.

Wesentlich bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist die Fixierung des Abgasrohrs 1 an dem Flansch 2, 2a. Das Abgasrohr 1 ist mit seinem gerade konfigurierten Endabschnitt 6 in eine Anschlussöffnung 7 des Flansches 2, 2a eingesteckt. Bei der Ausführungsform der 1 ist die Anschlussöffnung in einem Kragen 8 ausgebildet, der gegenüber einer an dem Zylinderkopf 4 unter Eingliederung des Dichtelements 5 liegenden Basis 9 abgekröpft ist. Bei der Ausführungsform der 2 ist die Anschlussöffnung 7 aus dem Vollmaterial herausgearbeitet. Der Innendurchmesser der Anschlussöffnung 7 ist größer bemessen als der Außendurchmesser des Abgasrohrs 1, so dass in dem verbleibenden Ringspalt 10 eine Klemmhülse 11 angeordnet ist, die den Ringspalt 10 überbrückt. Der Innendurchmesser des Abgasrohrs 1 ist auf den Innendurchmesser des Auslasskanals 12 im Zylinderkopf 4 abgestimmt.Essential in the inventive arrangement is the fixation of the exhaust pipe 1 on the flange 2 . 2a , The exhaust pipe 1 is with its just configured end section 6 in a connection opening 7 of the flange 2 . 2a plugged in. In the embodiment of the 1 is the connection opening in a collar 8th formed, the one opposite to the cylinder head 4 under inclusion of the sealing element 5 lying base 9 is bent. In the embodiment of the 2 is the connection opening 7 worked out of the solid material. The inner diameter of the connection opening 7 is sized larger than the outer diameter of the exhaust pipe 1 so that in the remaining annular gap 10 a clamping sleeve 11 is arranged, which the annular gap 10 bridged. The inner diameter of the exhaust pipe 1 is on the inside diameter of the outlet channel 12 in the cylinder head 4 Voted.

3 zeigt in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt der 1 im Bereich der Klemmhülse 11. Es ist zu erkennen, dass die Klemmhülse 11 mit ihrem dem Zylinderkopf 4 zugewandten Ende 13 nur an dem Abgasrohr 1 anliegt, wohingegen sie mit ihrem dem Zylinderkopf 4 abgewandten Ende 14 nur an dem Flansch 2 bzw. der Innenseite der Anschlussöffnung 7 anliegt. Das ist dadurch möglich, weil die in Radialrichtung des Abgasrohrs 1 gemessene Dicke D der Klemmhülse 11 kleiner ist als die Breite B des Ringspalts 10. Um die Breite B des Ringspalts 10 überbrücken zu können, ist die Klemmhülse 11 als Kegelmantelabschnitt konstanter Wanddicke konfiguriert, wobei ihr im Außendurchmesser kleineres Ende 13 dem Zylinderkopf 4 zugewandt ist. 3 shows an enlarged view of a section of 1 in the area of the clamping sleeve 11 , It can be seen that the clamping sleeve 11 with her the cylinder head 4 facing the end 13 only on the exhaust pipe 1 whereas they are with their cylinder head 4 opposite end 14 only on the flange 2 or the inside of the connection opening 7 is applied. This is possible because in the radial direction of the exhaust pipe 1 measured thickness D of the clamping sleeve 11 smaller than the width B of the annular gap 10 , Around the width B of the annular gap 10 to be able to bridge, is the clamping sleeve 11 configured as a conical-wall section of constant wall thickness, with its outer diameter smaller end 13 the cylinder head 4 is facing.

Die Klemmhülse 11 besteht aus einem Werkstoff, der eine größere Härte aufweist als der Werkstoff des Abgasrohrs 1 und als der Werkstoff des Flansches 2, so dass sich die Außenkante durch plastische Verformung des Flansches 2 eine dadurch ausgeformte, ringförmige in der Wandung der Anschlussöffnung 7 eingreift, wohingegen die Innenkante 16 das Abgasrohr 1 an seiner Außenseite bereichsweise lokal verformt und dadurch in eine umlaufende Nut in der Außenseite des Abgasrohrs 1 eingreift. Aus diesem Grund ist die Klemmhülse 11 in ihrer in Axialrichtung des Abgasrohrs gemessenen Länge L etwas kürzer gestaltet als die Länge L1 der Anschlussöffnung 7, so dass sowohl an dem Abgasrohr 1 als auch in der Wandung der Anschlussöffnung 7 ein hinreichender Freiraum verbleibt, der so lang bemessen ist, dass der Klemmring 11 sicher abgestützt ist.The clamping sleeve 11 consists of a material that has a greater hardness than the material of the exhaust pipe 1 and as the material of the flange 2 , so that the outer edge by plastic deformation of the flange 2 a thus formed, annular in the wall of the connection opening 7 engages, whereas the inner edge 16 the exhaust pipe 1 locally locally deformed on its outer side and thereby in a circumferential groove in the outside of the exhaust pipe 1 intervenes. For this reason, the clamping sleeve 11 in its measured in the axial direction of the exhaust pipe length L slightly shorter than the length L1 of the connection opening 7 , so that both on the exhaust pipe 1 as well as in the wall of the connection opening 7 a sufficient clearance remains, which is dimensioned so long that the clamping ring 11 is safely supported.

Die Länge L der Klemmhülse 11 entspricht in diesem Ausführungsbeispiel etwa dem 5,3fachen der Wandstärke W des Abgasrohrs 1. Das Verhältnis zwischen der Dicke D der Klemmhülse 11 und der Wandstärke W des Abgasrohrs 1 liegt in diesem Ausführungsbeispiel bei 5:7. Der eingeschlossene Kegelwinkel K der Klemmhülse 11 beträgt beim Ausführungsbeispiel der 3 8°. Aus Gründen der Darstellung ist in 3 der sogenannte Einstellwinkel K/2 eingezeichnet, der bei 4° liegt.The length L of the clamping sleeve 11 corresponds in this embodiment, about 5.3 times the wall thickness W of the exhaust pipe 1 , The ratio between the thickness D of the clamping sleeve 11 and the wall thickness W of the exhaust pipe 1 is in this embodiment at 5: 7. The included cone angle K of the clamping sleeve 11 is the embodiment of the 3 8 °. For the sake of illustration is in 3 the so-called setting angle K / 2 drawn, which is 4 °.

Die Ausführungsform der 4 unterscheidet sich von derjenigen der 3 dadurch, dass eine etwas veränderte Klemmhülse 11a zum Einsatz kommt, bei welcher an der an dem Abgasrohr 1 anliegenden Innenkante 16 ein radial nach innen gerichteter Grat 17 ausgebildet ist. An der an dem Flansch 2 anliegenden Außenkante 15 ist dementsprechend ein radial nach außen gerichteter Grat 18 ausgebildet. Der jeweilige Grat 17, 18 erleichtert das Eindringen der harten Klemmhülse 11a einerseits in das Abgasrohr 1 und andererseits in die Wandung der Anschlussöffnung 7, so dass das Abgasrohr 1 durch Formschluss noch sicherer in dem Flansch 2 gehalten ist.The embodiment of the 4 is different from the one of 3 in that a slightly modified clamping sleeve 11a is used, in which at the on the exhaust pipe 1 adjacent inner edge 16 a radially inwardly directed ridge 17 is trained. At the on the flange 2 adjacent outer edge 15 is accordingly a radially outwardly directed ridge 18 educated. The respective ridge 17 . 18 facilitates the penetration of the hard clamping sleeve 11a on the one hand into the exhaust pipe 1 and on the other hand in the wall of the connection opening 7 so that the exhaust pipe 1 by positive locking even safer in the flange 2 is held.

Die Ausführungsform der 5 zeigt eine dritte Variante einer Klemmhülse 11b, deren Gestaltung bezüglich ihres dem Zylinderkopf 4 zugewandten Endes 19 von den Ausführungsbeispielen der 1 bis 4 abweicht. Die Klemmhülse 11b weist neben ihrem kegelmantelabschnittförmig konfigurierten Bereich, der den Ringspalt 10 überbrückt, an ihrem dem Zylinderkopf 4 zugewandten Ende 19 einen radial nach innen gerichteten Kragen 20 auf, der eine Stirnseite 21 des Abgasrohrs 1 hintergreift und über die Stirnseite 21 stoffschlüssig mit dem Abgasrohr 1 verbunden ist. Die Verbindung kann mittels Löten oder Schweißen, insbesondere Reibschweißen, hergestellt sein. Auf diese Weise liegt im Unterschied zu den Ausführungsformen der 3 und 4 der Kragen 20 an dem Dichtelement 5 an, wohingegen bei den Ausführungsformen der 3 und 4 die Stirnseite 21 des Abgasrohrs 1 an dem Dichtelement 5 anliegt. Selbstverständlich kann auch bei der Ausführungsform der 4 zusätzlich ein Grat an der Außenkante vorgesehen sein, der die Ausbildung einer Nut durch plastische Umformung in dem Flansch 2 vereinfacht und dadurch eine höhere Dichtwirkung erzielt. Die stoffschlüssige Verbindung zwischen der Klemmhülse 11b und dem Abgasrohr 1 wird bei dem Ausführungsbeispiel der 5 schon vor dem Einsetzen des Abgasrohrs 1 in den Flansch 2, beispielsweise schon vor einem Biegevorgang des Abgasrohrs 1, durchgeführt.The embodiment of the 5 shows a third variant of a clamping sleeve 11b whose design with respect to their cylinder head 4 facing end 19 from the embodiments of the 1 to 4 differs. The clamping sleeve 11b has, in addition to its conical shell portion configured area, the annular gap 10 bridged, at her the cylinder head 4 facing the end 19 a radially inwardly directed collar 20 on, the one front 21 of the exhaust pipe 1 engages behind and over the front page 21 cohesively with the exhaust pipe 1 connected is. The connection can be made by means of soldering or welding, in particular friction welding. In this way, in contrast to the embodiments of the 3 and 4 the collar 20 on the sealing element 5 whereas in the embodiments of the 3 and 4 the front side 21 of the exhaust pipe 1 on the sealing element 5 is applied. Of course, in the embodiment of the 4 In addition, a ridge be provided on the outer edge, the formation of a groove by plastic deformation in the flange 2 simplifies and thereby achieves a higher sealing effect. The cohesive connection between the clamping sleeve 11b and the exhaust pipe 1 is in the embodiment of the 5 even before the insertion of the exhaust pipe 1 in the flange 2 , for example wise even before a bending process of the exhaust pipe 1 , carried out.

11: Abgasrohrexhaust pipe
22: Flanschflange
2a2a: Flanschflange
33: Schraubescrew
44: Zylinderkopfcylinder head
55: Dichtelementsealing element
66: Endabschnitt v. 1 End section v. 1
77: Anschlussöffnung in 2 Connection opening in 2
88th: Kragen v. 7 Collar v. 7
99: Basis v. 2 Base v. 2
1010: Ringspalt zw. 7 u. 1 Annular gap between 7 u. 1
1111: Klemmhülsecollet
11a11a: Klemmhülsecollet
11b11b: Klemmhülsecollet
1212: Auslasskanal in 4 Outlet duct in 4
1313: Ende v. 11 End of v. 11
1414: Ende v. 11 End of v. 11
1515: Außenkante v. 11, 11a Outer edge v. 11 . 11a
1616: Innenkante v. 11, 11a Inner edge v. 11 . 11a
1717: Grat an 16 Burr on 16
1818: Grat an 15 Burr on 15
1919: Ende v. 11b End of v. 11b
2020: Kragencollar
2121: Stirnseite v. 1 Front side v. 1
BB: Breite v. 10 Width v. 10
DD: Dicke v. 11 Thickness v. 11
KK: Kegelwinkelcone angle
LL: Länge v. 11 Length v. 11
L1L1: Länge v. 7 Length v. 7
WW: Wanddicke v. 1 Wall thickness v. 1

Claims

Arrangement for fixing an exhaust pipe to a cylinder head, wherein the exhaust pipe ( 1 ) at one with the cylinder head ( 4 ) to be connected ( 2 . 2a ), characterized in that the exhaust pipe ( 1 ) via one in an annular gap ( 10 ) between the outside of the exhaust pipe ( 1 ) and one the exhaust pipe ( 1 ) surrounding connection opening ( 7 ) of the flange ( 2 . 2a ) arranged clamping sleeve ( 11 . 11a . 11b ) on the flange ( 2 . 2a ) is held.

Arrangement according to claim 1, characterized in that the clamping sleeve ( 11 . 11a . 11b ) has a conical shell portion or is configured as such, wherein its outer diameter smaller end ( 13 ) the cylinder head ( 4 ) is facing.

Arrangement according to claim 2, characterized in that the clamping sleeve ( 11 . 11a . 11b ) with her the cylinder head ( 4 ) facing end ( 13 ) only on the exhaust pipe ( 1 ) and with its the cylinder head ( 4 ) facing away from the end ( 14 ) only on the flange ( 2 , 2a ) is present.

Arrangement according to claim 3, characterized in that one on the flange ( 2 . 2a ) adjoining outer edge ( 15 ) of the clamping sleeve ( 11a ) with a radially outwardly directed ridge ( 17 . 18 ) is provided.

Arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the clamping sleeve ( 11 . 11a . 11b ) with her the cylinder head ( 4 ) facing end ( 13 ) an end face ( 21 ) of the exhaust pipe ( 1 ) engages behind and cohesively with the exhaust pipe ( 1 ) connected is.

Arrangement according to claim 3 or 4, characterized in that one on the exhaust pipe ( 1 ) adjoining inner edge ( 16 ) of the clamping sleeve ( 11a ) with a radially inwardly directed ridge ( 17 ) is provided.

Arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the clamping sleeve ( 11 . 11a . 11b ) consists of a material which has a greater hardness than the material of the exhaust pipe ( 1 ) and as the material of the flange ( 2 . 2a ).

Arrangement according to claim 7, characterized in that the hardness of the clamping sleeve ( 11 . 11a . 11b ) 1.3 times to 2.1 times the hardness of the exhaust pipe ( 1 ) corresponds.

Arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that the clamping sleeve ( 11 . 11a . 11b ) consists of spring steel.

Arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that the clamping sleeve ( 11 . 11a . 11b ) consists of a hardened, austenitic stainless steel.

Arrangement according to one of claims 1 to 10, characterized in that in the axial direction of the exhaust pipe ( 1 ) measured length (L) of the clamping sleeve ( 11 ) 5 times to 10 times the wall thickness (W) of the exhaust pipe ( 1 ) corresponds.

Arrangement according to one of claims 1 to 11, characterized in that the thickness measured in the radial direction (D) of the clamping sleeve ( 11 . 11a . 11b ) 0.4 times to 0.7 times the wall thickness (W) of the exhaust pipe ( 1 ) corresponds.

Arrangement according to one of claims 2 to 12, characterized in that the included cone angle (K) of the clamping sleeve ( 11 . 11a . 11b ) is in a range of 6 ° to 14 °.

Arrangement according to one of claims 1 to 13, characterized in that the width (B) of the Annular gaps ( 10 ) is dimensioned so that the clamping sleeve ( 11 . 11a . 11b ) is always resiliently biased.

Method for fastening an exhaust pipe to a cylinder head, characterized in that first a flange ( 2 . 2a ) on the cylinder head ( 4 ) and then an end section ( 6 ) of an exhaust pipe ( 1 ) with inclusion of the exhaust pipe ( 1 ) outer clamping sleeve ( 11 . 11a . 11b ) axially into a connection opening ( 7 ) of the flange ( 2 . 2a ) is inserted, wherein the clamping ring ( 11 . 11a . 11b ) positively with the exhaust pipe ( 1 ) facing inside of the connection opening ( 7 ) comes into engagement.

A method according to claim 15, characterized in that the exhaust pipe ( 1 ) is withdrawn slightly counter to the plug-in direction, in order by plastic deformation of the connection opening ( 7 ) by means of the clamping sleeve ( 11 . 11a . 11b ) bring about a positive engagement.

A method according to claim 15, characterized in that the clamping sleeve ( 11b ) before plugging into the connection opening ( 7 ) cohesively with the end portion ( 6 ) of the exhaust pipe ( 1 ) is connected.

A method according to claim 17, characterized in that the clamping sleeve ( 11b ) with the front side ( 21 ) of the exhaust pipe ( 1 ) is connected by friction welding.