DE102007041566A1

DE102007041566A1 - Verbindungssystem für Funktionslagen an Anschlüssen von Heißgase führenden Leitungen

Info

Publication number: DE102007041566A1
Application number: DE200710041566
Authority: DE
Inventors: Jochen Bendel; Thomas Schulz
Original assignee: ElringKlinger AG
Current assignee: ElringKlinger AG
Priority date: 2007-09-01
Filing date: 2007-09-01
Publication date: 2009-03-05

Abstract

Ein Verbindungssystem für Funktionslagen (1, 17) an Anschlüssen von Heißgase führenden Leitungen, insbesondere Abgasleitungen von Verbrennungsmotoren, in Kombination aufweisend:
a) eine erste Funktionslage (1) und zumindest eine mittels dieser festzulegende weitere Funktionslage (17);
b) zumindest je zwei im Abstand voneinander in jeder weiteren Funktionslage (17) zueinander fluchtend ausgebildete Schlitzöffnungen (21);
c) für den Durchgriff durch jede Schlitzöffnung der weiteren Funktionslagen (17) ein aus einem Abschnitt der Fläche der ersten Funktionslage (1) gebildetes, aus deren Ebene hochgestelltes Verbindungsteil (3) und
d) je ein aus der Fläche der Verbindungsteile (3) ausgeklinktes und abgespreiztes Sperrteil (15) zur Verhakung am Rand der durchgriffenen Schlitzöffnung (21) einer betreffenden weiteren Funktionslage (15).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbindungssystem für Funktionslagen an Anschlüssen von Heißgase führenden Leitungen, insbesondere Abgasleitungen von Verbrennungsmotoren.
Bei derartigen Anschlüssen, namentlich dem Anschluss eines Abgaskrümmers am Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors, wobei an den Abgaskanälen des Zylinderkopfes eine gasdichte Abdichtung ausgebildet ist, ist es Stand der Technik, zwischen Zylinderkopf und Abgaskrümmer eine Kombination aus mehreren Funktionslagen anzuordnen. Eine derartige Kombination enthält eine oder mehrere metallische Dichtungslagen. Wegen der hohen Temperaturen, die in dem an den Abgaskrümmer angrenzenden Bereich auftreten, sind an derartigen Anschlüssen üblicherweise Abschirmbauteile vorgesehen, wobei die Stahllagen eines ein- oder mehrlagigen Hitzeschildes zusammen mit den übrigen Funktionslagen über die Dichtflächen geführt werden, so dass ein Paket mehrerer Funktionslagen gebildet ist. Um einen zusammenhängenden Verbund zu bilden, werden die Dichtungslagen mit dem Hitzeschildmaterial verschweißt, oder es wird an den für die Befestigungsschrauben vorgesehenen Bohrungen eine Verbördelung vorgenommen, um einen quasi formschlüssigen Zusammenhalt der Lagen zu bilden.
Ein solches Vorgehen ist in verschiedener Hinsicht nachteilig. Der feste Verbund der Komponenten bedingt eine Vorfertigung in einer ausschließlich auf einen bestimmten Anwendungs- oder Einbaufall ausgerichteten Form. Änderungen am Montageort zur Anpassung an unterschiedliche Einbauverhältnisse, indem beispielsweise unterschiedliche Hitzschilder eingebaut werden, ist nicht möglich. Wegen der besonderen thermischen und mechanischen Belastungen, die an Anschlüssen von Abgasleitungen auftreten, sind einzelne Funktionslagen einem höheren Verschleiß als andere ausgesetzt. In der Praxis stellen die Dichtungslagen die hauptsächlichen Verschleißteile dar, die im Servicefalle ausgewechselt werden müssen, obwohl ein betreffendes Hitzeschild weiter verwendbar wäre. Wegen des starren Verbundes muß in nachteiliger Weise hierbei jeweils die Gesamtanordnung ausgewechselt werden.
Im Hinblick auf diesen Stand der Technik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein Verbindungssystem für Funktionslagen an Leitungsanschlüssen zur Verfügung zu stellen, das den diesbezüglichen Anforderungen in besserem Maße gerecht wird.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch ein Verbindungssystem gelöst, das in Kombination die Merkmale a) bis d) des Patentanspruches 1 aufweist.
Demnach besteht die wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass im Unterschied zu einem durch Verschweißen oder Verbördeln gebildeten starren Verbund der Funktionslagen eine Verbindung durch Verhakung von Sperrteilen gebildet wird, die ein Lösen der verbundenen Lagen durch Aushaken der Sperrteile ermöglicht. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, die Gesamtanordnung als vorgefertigtes Gesamtbauteil anzuliefern. Es besteht vielmehr die Möglichkeit einzelne Lagen zur einfachsten Montage am Montageort vorzusehen, wodurch universellere Einsatzmöglichkeiten geboten sind. Da die gegenseitige Verankerung der Funktionslagen mittels Schlitzöffnungen und diese durchgreifende Verbindungsteile, an denen abgespreizte Sperrteile eine Verhakung bilden, ein Lösen der Verbindung ermöglichen, indem die Sperrteile aus dem Verhakungseingriff gebracht werden, besteht die besonders vorteilhafte Möglichkeit, eine gegebenenfalls verschlissene Dichtungslage auf einfachste Weise zu demontieren und zu ersetzen, ohne dass andere Funktionslagen, beispielsweise ein Hitzeschild, mit ausgewechselt werden müßten.
Da die aus der Ebene der ersten Funktionslage hochgestellten Verbindungsteile in Zusammenwirkung mit den durchgriffenen Schlitzöffnungen der weiteren Funktionslagen keine völlig starre Verbindung der Funktionslagen bilden, können die Dichtungslagen in begrenztem Maße thermisch bedingten Schiebebewegungen des Krümmers folgen, ohne, wie bei einer starren Verbindung, gegebenenfalls Beschädigungen (Reibverschleiß) zu erleiden. Eine Beeinträchtigung der Funktion des Hitzeschildes und der Dichtungslagen aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnung ist daher nicht zu erwarten.
Anstelle glattflächiger Funktionslagen oder zusätzlich zu einer solchen kann zumindest eine als Dichtungslage dienende Funktionslage mit aus ihrer Ebene ausgeformter Sickung versehen sein, wobei die Sickung vorzugsweise Dichtflächen am Rand betreffender Öffnungen für den Gasdurchtritt bildet.
Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen, bei denen die Funktionslagen zur Bildung einer Dichtungsanordnung für die Anschlüsse mehrerer Abgasleitungen mehrere Öffnungen für den Gasdurchtritt aufweisen, sind hochgestellte Verbindungsteile und zugeordnete Schlitzöffnungen vorzugsweise im Bereich zwischen aufeinanderfolgenden Öffnungen gelegen.
Bei langgestreckten, mehrere Ports aufweisenden Funktionslagen sind vorzugsweise auch zumindest im Bereich eines der Längsränder der sich über die Anschlüsse mehrere Abgasleitungen erstreckenden Funktionsteile zumindest ein hochgestelltes Verbindungsteil und eine zugeordnete Schlitzöffnung angeordnet.
Die Verbindungsteile können in besonders vorteilhafter Weise so gestaltet sein, dass die Verbindungsteile mit C-förmiger Schnittlinie aus der Fläche des ersten Funktionsteiles ausgeschnittene Laschen sind, aus deren mittlerem Flächenbereich die Sperrteile ausgeklinkt und zur Bildung von Sperrnasen von derjenigen Seite der Laschen abgespreizt sind, die dem in der ersten Funktionslage gebildeten Ausschnitt zugewandt ist. Derartige Laschen mit aus ihrem mittleren Flächenbereich abgespreizten Sperrnasen lassen sich einfach und bequem handhaben, sowohl für die Montage zur Herstellung der Verhakung der Nasen als auch für eine gegebenenfalls vorzunehmende Demontage, wobei die Sperrnasen außer Verhakungseingriff gebracht werden. Zudem können die aus der äußersten Funktionslage hervorstehenden Laschen für die Sichtkontrolle des Montagezustandes dienen.
Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Schrägansicht einer ersten Funktionslage, gebildet aus einer Stahlplatine, gesehen auf die zur Anbringung einer weiteren Funktionslage vorgesehenen Oberseite;
2 eine Draufsicht einer weiteren Funktionslage, die mit der ersten Funktionslage von 1 mittels des erfindungsgemäßen Verbindungssystems verbunden ist;
3 eine teils auseinandergezogen gezeichnete perspektivische Schrägansicht eines aus mehreren Funktionslagen gebildeten, kombinierten Dichtungs-Hitzeschildsystems, dargestellt in einem teilweise montierten Zustand, bevor die Funktionslagen vollständig miteinander verbunden sind, und
4 eine der 3 entsprechende Darstellung, wobei die Verbindung der Funktionslagen vervollständigt ist.
Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert, bei dem die Funktionslagen, wenn sie mittels des erfindungsgemäßen Verbindungssystems miteinander verbunden sind, eine Dichtungs- und Hitzeschildanordnung bilden, die für die Anschlussverbindung zwischen einem Zylinderkopf (nicht dargestellt) eines Verbrennungsmotors und einem Abgaskrümmer (nicht dargestellt) vorgesehen ist. Die 1 zeigt eine erste Funktionslage 1 aus einer Stahlblechplatine, die, von hochgestellten Verbindungslaschen 3 abgesehen, ebenflächig ist. Bei der Darstellung von 1, wie auch bei 2, sind in der Funktionslage 1 drei Öffnungen 5 für den Durchtritt des Abgases aus drei im Zylinderkopf befindlichen Abgaskanälen ausgebildet. Entlang der Längsränder 9 sind mit 7 bezeichnete Anschraubbohrungen vorgesehen.
Die bereits erwähnten Verbindungslaschen 3 sind durch Ausschnitte der Funktionslage 1 gebildet, genauer gesagt, durch eine C-förmige Schnittlinie 11, zwischen deren Enden eine gerade Biegelinie 13 verläuft, um die die Laschen 3 aus der Ebene der Funktionslage 1 hochgestellt sind. Die Laschen 3 besitzen eine zu beiden Seiten des geraden oberen Randes abgerundete Form. Aus dem zentralen Flächenbereich der Laschen 3 ist eine Sperrnase 15 ausgeklinkt, die aus der Ebene der Laschen 3 in Richtung auf den in der Funktionslage 1 gebildeten Ausschnitt hin abgespreizt ist.
Die 2 zeigt eine auf der ersten Funktionslage 1 von 1 aufliegende und mit dieser mittels der Verbindungslaschen 3 verbundene zweite Funktionslage 17, die der ersten Funktionslage 1 im Umriß gleich gestaltet ist, jedoch eine Dichtungslage bildet, bei der die Öffnungen 5 von einer aus der Lagenebene ausgeformten Sickung 19 umgeben sind, die ein Abdichtelement bildet. Die zweite Funktionslage 17 weist Schlitzöffnungen 21 auf, die mit den Biegelinien 13 in der ersten Funktionslage 1 fluchtend ausgebildet und so dimensioniert sind, dass sie den Abmessungen der hochgestellten Verbindungslaschen 3 so angepaßt sind, dass diese die Schlitzöffnungen 21 durchgreifen können, wobei die abgespreizten Sperrnasen 15 beim Durchtritt durch die Schlitzöffnungen 21 flach gedrückt werden und sich nach dem Durchtritt durch die zweite Funktionslage 17 wieder abspreizen, so dass die Sperrnasen 15 mit dem betreffenden Rand der Schlitzöffnung 21 der zweiten Funktionslage 17 verhaken. Dadurch sind die Funktionslagen 1 und 17 gegen Abheben voneinander gesichert, wobei jedoch kein starrer Verbund in dem Sinne zustande kommt, dass keine geringfügige relative Verschiebebewegung möglich wäre, so dass ein begrenzter Ausgleich thermisch bedingter Geometrieänderungen möglich ist. Im Hinblick hierauf sind in der zweiten Funktionslage 17 Anschraubbohrungen 23 nicht kreisrund, sondern leicht langlochartig gestaltet. Die gegenseitige Verbindung der Funktionslagen ist lösbar, d. h. eine Demontage kann erfolgen, indem die verhakten Sperrnasen 15 aus der abgespreizten Stellung in die Fläche der Verbindungslasche 3 zurück bewegt werden, wodurch der Verhakungseingriff gelöst wird.
3 und 4 verdeutlichen die Anwendung des Verbindungssystems für eine kombinierte Dichtungs- und Hitzeschildanordnung am Anschluss zwischen vier Abgaskanälen eines Zylinderkopfes (nicht dargestellt) und einem Abgaskrümmer (nicht dargestellt). 3 verdeutlicht den Zustand vor der endgültigen Verbindung der für die Anordnung benutzten Funktionslagen. Dabei handelt es sich bei der dem Zylinderkopf nächst gelegenen, unteren Lage um die die Verbindungslaschen 3 tragende erste Funktionslage 1, die entsprechend der Darstellung von 1 ausgebildet ist, abgesehen davon, dass anstelle der in 1 gezeigten drei Öffnungen 5 vier Öffnungen 5 für vier Abgaskanäle vorgesehen sind. Über der ersten Funktionslage 1 befindet sich, als Fortsatz des Hitzeschildes 25 und als weitere Funktionslage eine mit dem Hitzeschild 25 einstückige Glattlage, deren Umriß sowie Bohrungen und Öffnungen der darüber liegenden weiteren Funktionslage entsprechen, wie sie in 2 gezeigt und mit 17 bezeichnet ist (abgesehen davon, dass vier Öffnungen 5 anstelle von drei Öffnungen 5 vorgesehen sind), so dass die dem Hitzeschild 25 zugehörige Lage in den 3 und 4 nicht eigens sichtbar ist. Die darüber angeordnete weitere Funktionslage 17 ist, wie gesagt, eine der 2 entsprechende Dichtungslage. Wie 4 zeigt, sind die Sperrnasen 15 der Verbindungslaschen 3 an der Oberseite der Funktionslage 17 verhakt, so dass ein Verbund aus erster Funktionslage 1, darüberliegender Glattlage des Hitzschildes 25 sowie darüberliegender Funktionslage 17 gebildet ist. Wie 3 und 4 zeigen, sind auf der Funktionslage 17 zusätzlich Schiebeports 27 angeordnet, die an der Funktionslage 17 verschiebbar geführt oder gesonderte Teile sein können.
Wie insbesondere der 1 entnehmbar ist, sind beim beschriebenen Beispiel drei Verbindungslaschen 3 vorgesehen, von denen zwei zwischen benachbarten Öffnungen 5 aussermittig, d. h. dem einen Längsrand 9 näher benachbart als dem anderen Längsrand 9, angeordnet sind und die dritte Lasche 3 am davon entfernteren Längsrand 9 gelegen ist, wobei die Biegelinie 13 der letztgenannten Lasche 3 längs verlaufend ist und die Biegelinien 13 der anderen Laschen 3 quer verlaufen. Es versteht sich, dass eine andere Anzahl von Laschen 3 in unterschiedlich gewählten Anordnungsmustern vorgesehen sein kann.
Wie bereits erwähnt, ermöglicht es die Erfindung, bei Bedarf einzelne Funktionslagen gesondert auszutauschen, beispielsweise die als Dichtungslage dienende Funktionslage 17 auszuwechseln während die zum Hitzeschild 25 gehörende Lage beibehalten wird. Es versteht sich, dass das erfindungsgemäße System nicht nur zur Verbindung von Funktionslagen an der Anschlußverbindung zwischen Zylinderkopf und Abgaskrümmer sondern auch für die Verbindung von Funktionslagen an anderen Anschlüssen mit Vorteil anwendbar ist, beispielsweise an Anschlüssen zwischen Abgaskrümmer und Turbolader, zwischen Turbolader und Katalysator und dergleichen.

Claims

Verbindungssystem für Funktionslagen (1, 17) an Anschlüssen von Heißgase führenden Leitungen, insbesondere Abgasleitungen von Verbrennungsmotoren, in Kombination aufweisend: a) eine erste Funktionslage (1) und zumindest eine mittels dieser festzulegende weitere Funktionslage (17); b) zumindest je zwei im Abstand voneinander in jeder weiteren Funktionslage (17) zueinander fluchtend ausgebildete Schlitzöffnungen (21); c) für den Durchgriff durch jede Schlitzöffnung der weiteren Funktionslagen (17) ein aus einem Abschnitt der Fläche der ersten Funktionslage (1) gebildetes, aus deren Ebene hochgestelltes Verbindungsteil (3) und d) je ein aus der Fläche der Verbindungsteile (3) ausgeklinktes und abgespreiztes Sperrteil (15) zur Verhakung am Rand der durchgriffenen Schlitzöffnung (21) einer betreffenden weiteren Funktionslage (17).
Verbindungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Funktionslage (17) eine Dichtungslage mit zumindest einer Öffnung (5) für den Gasdurchtritt ist.
Verbindungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Funktionslagen Teil eines ein- oder mehrlagigen Hitzeschildes (25) ist bzw. sind.
Verbindungssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Funktionslage (1) glattflächig ist.
Verbindungssystem nach Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine als Dichtungslage dienende Funktionslage (17) mit aus ihrer Ebene ausgeformter Sickung (19) versehen ist
Verbindungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sickung (19) Dichtflächen am Rand betreffender Öffnungen (5) für den Gasdurchtritt bildet.
Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionslagen (1, 17) zur Bildung einer Dichtungsanordnung für die Anschlüsse mehrerer Abgasleitungen mehrere Öffnungen (5) für den Gasdurchtritt aufweisen und dass hochgestellte Verbindungsteile (3) und zugeordnete Schlitzöffnungen (21) im Bereich zwischen aufeinanderfolgenden Öffnungen (5) gelegen sind.
Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich zumindest eines der Längsränder (9) der sich über die Anschlüsse mehrerer Abgasleitungen erstreckenden Funktionsteile (1, 17) zumindest ein hochgestelltes Verbindungsteil (3) und eine zugeordnete Schlitzöffnung (21) angeordnet sind.
Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsteile mit C-förmiger Schnittlinie (11) aus der Fläche des ersten Funktionsteiles (1) ausgeschnittene Laschen (3) sind, aus deren mittlerem Flächenbereich die Sperrteile ausgeklinkt und zur Bildung von Sperrnasen (15) von derjenigen Seite der Laschen (3) abgespreizt sind, die dem in der ersten Funktionslage (1) gebildeten Ausschnitt zugewandt ist.