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Die
Erfindung betrifft eine Kugelzonenverbindungsvorrichtung, insbesondere
für eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges, mit einem ersten
Rohrende, mit einem zweiten Rohrende, mit einer Schelle und mit
einem Dichtmittel, wobei das erste Rohrende einen Kugelbereich aufweist
und das zweite Rohrende einen Tulpenbereich aufweist, wobei das
zweite Rohrende auf das erste Rohrende so aufsteckbar ist, dass
der Tulpenbereich des zweiten Rohrendes den Kugelbereich des ersten
Rohrendes teilweise umgreift, wobei die Schelle wiederum den Tulpenbereich
und den Kugelbereich umgreift und wobei zwischen dem Tulpenbereich
und dem Kugelbereich das Dichtmittel angeordnet ist.
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Bei
der Verbindung von Abgasanlagenkomponenten werden unter anderem
Kugelzonenverbindungsvorrichtungen eingesetzt.
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Eine
solche gattungsgemäße Kugelzonenverbindungsvorrichtung
ist aus der
DE
10 2004 056 429 A1 bekannt. Diese Kugelzonenverbindungsvorrichtung
weist zwei Rohrenden auf, wobei die beiden Rohrenden Teile eines
Abgasstrangs eines Kraftfahrzeugs sind. Die zu den beiden Rohrenden
zugehörigen Rohre haben – bis auf die Rohrenden – im
Wesentlichen den gleichen Innen- und Außendurchmesser.
Das erste Rohrende weist einen so genannten Kugelbereich auf. Der
Kugelbereich wird durch einen ersten sich konisch erweiternden Abschnitt
und einen zweiten sich konisch verjüngenden Abschnitt gebildet.
Das zweite Rohrende weist einen so genannten Tulpenbereich auf,
der sich von der Stirnseite des zweiten Rohrendes in Richtung auf
das zweite Rohr konisch verjüngt. Das zweite Rohrende mit
dem Tulpenbereich ist auf das erste Rohrende mit dem Kugelbereich
so aufsteckbar, dass der Tulpenbereich des zweiten Rohrendes den
Kugelbereich des ersten Rohrendes teilweise umgreift. Der Kugelbereich weist
hier im ersten, sich erweiternden Abschnitt eine umlaufende Ausnehmung
auf, die zumindest teilweise in dem Überlappungsbereich
der beiden Rohrenden angeordnet ist. In diese umlaufende Ausnehmung
ist ein Dichtring eingesetzt, der aus einem chemisch inerten, hitzebeständigen
und elastischen Material gebildet ist. Der Dichtring bildet hier
ein Dichtmittel zwischen dem Tulpenbereich und dem Kugelbereich.
Der Dichtring ist radial zwischen den sich überlappenden
Rohrenden, genauer zwischen dem sich konisch verjüngenden
Abschnitt des Tulpenbereichs und dem sich konisch, ersten erweiternden Abschnitt
des Kugelbereichs angeordnet. Der Dichtring besitzt eine Querschnittsform,
die im Wesentlichen dem Profil der Ausnehmung im Kugelbereich des
ersten Rohrendes entspricht.
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Aus
der
DE 10 2006
060 215 A1 ist eine weitere Kugelzonenverbindungsvorrichtung
bekannt. Diese Kugelzonenverbindungsvorrichtung weist wiederum zwei
Rohrenden auf, die abschnittsweise gewölbt ausgebildet
sind, wobei das erste Rohrende einen Kugelbereich und das zweite
Rohrende einen Tulpenbereich aufweist. Das zweite Rohrende mit dem
Tulpenbereich umgreift das erste Rohrende teilweise am Kugelbereich,
wobei der Tulpenbereich den Kugelbereich teilweise überlappt.
Im Überlappungsbereich ist eine Aufnahme für ein
Dichtmittel ausgebildet, die zwischen den beiden Rohrenden angeordnet
ist. Die Aufnahme ist dabei stufenförmig ausgebildet. Die
Stufenform ist dabei dem Kugelbereich aufgeprägt. Die Dichtung
ist hier als Dichtring ausgebildet, der in der Aufnahme angeordnet
ist.
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Die
im Stand der Technik bekannten Kugelzonenverbindungsvorrichtungen
sind noch nicht optimal ausgebildet. Abgasanlagen weisen bspw. durchaus
Leckageraten auf, die sich im Bereich von weniger als zwei Litern
pro Minute bei 0,3 Bar Innenüberdruck bewegen. Insbesondere
sind die Kugelzonenverbindungsvorrichtungen in Abgasanlagen eines Kraftfahrzeugs
auch temperaturbelastet, da die Kugelzonenverbindungsvorrichtungen
beim Betrieb erhitzt werden. Durch diese hohen Beanspruchungen können
die Kugelzonenverbindungsvorrichtungen derart verschleißen,
dass die Leckageraten ansteigen und/oder der Wartungsaufwand sowie
die damit verbundenen Kosten erheblich erhöht sind.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kugelzonenverbindungsvorrichtung
der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden,
dass auch bei einer hohen Temperaturbelastung hohe Leckageraten
vermieden sind.
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Diese
zuvor aufgezeigte Aufgabe wird nun für die Kugelzonenverbindungsvorrichtung
dadurch gelöst, dass das Dichtmittel als Blechdichtung
ausgebildet ist. Dies hat zunächst den Vorteil, dass die Blechdichtung
auch hohen Temperaturbelastungen dauerhaft widerstehen kann. Die
Leckagerate der Kugelzonenverbindungsvorrichtung ist vzw. deutlich reduziert.
Die Blechdichtung kann im Wesentlichen aus Blech bzw. einem Metall
hergestellt sein oder besteht vzw. aus Blech. Die Leckagerate beträgt
vzw. weniger, insbesondere deutlich weniger als 2 Liter pro Minute
bei 0,3 Bar Überdruck in der Kugelzonenverbindungsvorrichtung.
Die Blechdichtung ist vzw. an die Außenumfangsfläche
des Kugelbereichs und die Innenumfangsfläche des Tulpenbereiches
angepasst. Insbesondere ist die Blechdichtung zwischen dem Tulpenbereich
und dem Kugelbereich angeordnet. Die Blechdichtung kann dabei im
Wesentlichen durch einen Dichtungsring gebildet werden, der im Wesentlichen
ein kugelsegmentförmiges Längsschnittprofil aufweist.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist
das Dichtmittel eine Sicke auf. Die Sicke kann dabei entweder als Halbsicke
oder als Vollsicke ausgebildet sein. Ferner ist der Einsatz einer
Blechdichtung besonders vorteilhaft, da die Blechdichtung mit einer
Verliersicherung ausgebildet werden kann. Die Verliersicherung kann bspw.
mehrere biegbare Sicherungsbeine aufweisen, die nach dem Aufstecken
der Blechdichtung auf den Kugelbereich um die Stirnseite des ersten
Rohrendes umgebogen werden kann. Durch das Umbiegen der Sicherungsbeine
wird die Blechdichtung dann auf dem Kugelbereich gehalten und das
zweite Rohrende kann mit dem Tulpenbereich über den Kugelbereich
gesteckt werden. Anschließend wird dann die Schelle über
den Kugelbereich und den aufgesteckten Tulpenbereich montiert. Die
eingangs beschriebenen Nachteile sind daher vermieden und entsprechende
Vorteile erzielt.
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Es
gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße
Kugelzonenverbindungsvorrichtung in vorteilhafter Art und Weise
auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu darf zunächst
auf die in dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche
verwiesen werden. Im Folgenden wird nun eine bevorzugte Ausgestaltung
der Erfindung anhand der Zeichnung und der dazugehörigen
Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung
zeigt:
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1 in
einer schematischen Darstellung einen Teil einer Abgasanlage eines
Kraftfahrzeugs mit einer geöffneten Kugelzonenverbindungsvorrichtung,
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2 in
einer schematischen, geschnittenen Detaildarstellung ein Rohrende
mit einem Kugelbereich der Kugelzonenverbindungsvorrichtung aus 1,
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3 in
einer schematischen, geschnittenen Detaildarstellung ein weiteres
Rohrende mit einem Tulpenbereich der Kugelzonenverbindungsvorrichtung
aus 1,
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4 in
einer schematischen, längsgeschnittenen Detaildarstellung
die geschlossene bzw. zusammengesetzte Kugelzonenverbindungsvorrichtung
aus 1 mit einem ersten Dichtungsmittel,
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5 in
einer schematischen, längsgeschnittenen Detaildarstellung
die Kugelzonenverbindungsvorrichtung aus 1 mit einem
zweiten Dichtungsmittel, und
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6 in
einer schematischen, perspektivischen Darstellung das zweite Dichtungsmittel
aus 5 in einer Einzeldarstellung.
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In 1 ist
eine Kugelzonenverbindungsvorrichtung 1 gut zu erkennen.
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Die
Kugelzonenverbindungsvorrichtung 1 ist Teil einer nicht
detailliert dargestellten Abgasanlage 2. Die Abgasanlage 2 weist
einen vorderen Teil 2a und einen hinteren Teil 2b auf.
Der vordere Teil 2a und hintere Teil 2b der Abgasanlage 2 sind über
die Kugelzonenverbindungsvorrichtung 1 miteinander verbunden.
Die Abgasanlage 2 ist Bestandteil eines nicht im Einzelnen
dargestellten Kraftfahrzeugs.
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Die
Kugelzonenverbindungsvorrichtung 1 weist ein erstes Rohrende 3 und
ein zweites Rohrende 4 auf. Die Kugelzonenverbindungsvorrichtung 1 weist
ferner eine Schelle 5 auf. Die Schelle 5 hält vzw.
das erste Rohrende 3 und das zweite Rohrende 4 zusammen.
Des Weiteren weist die Kugelzonenverbindungsvorrichtung 1 ein
Dichtmittel 6 auf, wobei das Dichtmittel 6 hier
nur in den 4, 5 und 6 dargestellt
ist.
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Das
erste Rohrende 3 weist einen Kugelbereich 7 auf.
Das zweite Rohrende 4 weist einen Tulpenbereich 8 auf.
Das zweite Rohrende 4 ist dabei auf das erste Rohrende 3 so
aufsteckbar, dass der Tulpenbereich 8 des zweiten Rohrendes 4 den
Kugelbereich 7 des ersten Rohrendes 3 teilweise
umgreift. Die Schelle 5 umgreift wiederum den Tulpenbereich 8 und
den Kugelbereich 7.
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Im
Folgenden wird die Form des Kugelbereichs 7 anhand von 2 und
die Form des Tulpenbereichs 8 anhand von 3 näher
beschrieben. Das erste Rohrende 3 weist eine Stirnseite 9 auf.
Der Kugelbereich 7 weist einen ersten, sich von der Stirnseite 9 des
ersten Rohrendes 3 radial erweitenden Abschnitt 10 auf.
An den ersten Abschnitt 10 schließt sich ein zweiter,
sich radial verjüngender Abschnitt 11 an. An den
zweiten Abschnitt 11 schließt sich vzw. ein dritter
Abschnitt 12 mit einem im Wesentlichen konstanten Radius,
insbesondere konstanten Innen-/Außenradius an. Der erste,
stirnseitige Abschnitt 10 ist vzw. mit einem ersten Radius
R1 nach außen gewölbt. Der Radius R1 wird hier
von einem bestimmten Punkt auf der Zentralachse Z des ersten Rohrendes 3 aus
gemessen. Der zweite Abschnitt 11 ist vzw. mit einem zweiten
Radius R2 nach außen gewölbt, wobei vzw. der Radius
R2 vom gleichen Punkt der Zentralachse Z gemessen wird wie der Radius
R1. Der zweite Radius R2 ist vzw. größer als der
erste Radius R1.
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Im
montierten Zustand übergreift der Tulpenbereich 8 den
Kugelbereich 7 nur teilweise. Insbesondere übergreift
der Tulpenbereich 8 nur den ersten Abschnitt 10 des
Kugelbereichs 7. Die Schelle 5 übergreift
den ersten Abschnitt 10 und den zweiten Abschnitt 11 des
Kugelbereichs 7, wobei zwischen der Schelle 5 und
dem ersten Abschnitt 10 der Tulpenbereich 8 angeordnet
ist.
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Das
zweite Rohrende 4 weist eine Stirnseite 13 auf.
Der Tulpenbereich 8 weist einen sich von der Stirnseite 13 des
zweiten Rohrendes 4 sich radial verjüngenden Abschnitt 14 auf.
Dieser Abschnitt 14 ist mit einem Radius R3 nach außen
gewölbt. Der an der Stirnseite 13 des zweiten
Rohrendes 4 gemessene Durchmesser D1 ist hier größer
als der weiter im Rohrinneren gemessene Durchmesser D2. Hinter dem
Abschnitt 14 ist der Durchmesser D2 des zweiten Rohrendes 4 im
Wesentlichen konstant. Der Durchmesser D1 entspricht im Wesentlichen
dem zweifachen des Radius R3. Der erste Abschnitt 10 des
Kugelbereichs 7 ist dabei an den Abschnitt 14 des
Tulpenbereichs 8 angepasst.
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4 und 5 zeigen,
dass das Dichtmittel 6 zwischen dem Tulpenbereich 8 und
dem Kugelbereich 7 angeordnet ist. Das Dichtmittel 6 dichtet
die Kugelzonenverbindungsvorrichtung 1 zwischen dem Tulpenbereich 8 und
dem Kugelbereich 7 ab. Das Dichtmittel 6 liegt
dabei einerseits an der Innenumfangsfläche 15 des
Tulpenbereichs 8 und andererseits an der Außenumfangsfläche 16 des
Kugelbereichs 7, insbesondere des ersten Abschnitts 10 abdichtend
an.
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Die
eingangs beschriebenen Nachteile sind nun dadurch vermieden, dass
das Dichtmittel 6 als Blechdichtung 17a, 17b ausgebildet
ist. Dies hat den Vorteil, dass die Kugelzonenverbindungsvorrichtung 1 hinsichtlich
der Leckrate und des Montagekonzepts optimiert ist. Die Leckrate
beträgt insbesondere weniger als 2 Liter pro Minute und
ist auf vzw. etwa 0,25 Liter pro Minute bei 0,3 Bar Überdruck
in den Rohrenden 3 und 4 optimiert. Der Einsatz
einer Blechdichtung 17a, 17b hat ferner den Vorteil,
dass die Blechdichtung 17a, 17b temperaturstabil
und kostengünstig herstellbar ist. Insgesamt erfüllt
die so ausgerüstete Kugelzonenverbindungsvorrichtung 1 die
höheren Anforderungen an die Sensorik von Abgasanlagen 2.
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Die
Blechdichtung 17a, 17b kann insbesondere an die
Kugelform des Kugelbereichs 7 und die entsprechende Innenumfangsfläche 15 des
Tulpenbereichs 8 angepasst sein. Die Blechdichtung 17a, 17b weist
vzw. eine entsprechend an die Kugelsegment-Form angepasste Form
auf. Die Toleranzen des Kugelbereichs 7, der Blechdichtung 17a, 17b und
des Tulpenbereichs 8 sind dabei vzw. so abgestimmt, dass
die Dichtheit der Kugelzonenverbindungsvorrichtung 1 auch
bei Größt- und Kleinstmaß gewährleistet
ist.
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Im
Folgenden werden nun die Unterschiede und Gemeinsamkeiten der Blechdichtungen 17a und 17b anhand
von den 4 und 5 erläutert.
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Sowohl
die Blechdichtung 17a also auch die Blechdichtung 17b weisen
eine Sicke 18 auf. Die Sicke 18 erstreckt sich
dabei in Umfangsrichtung entlang des ringförmig umlaufenden
Dichtmittels 6. Das Dichtmittel 6 liegt zum einen
mit der Sicke 18 an der Innenumfangsfläche 15 des
Tulpenbereichs 8 an. Zum anderen liegt das Dichtmittel 6 mit
mindestens einer Kontaktfläche 19 an der Außenumfangsfläche 16 des
Kugelbereichs 7, insbesondere des ersten Abschnitts 10 an.
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Die
in 4 dargestellte Sicke 18 ist hier als Halbsicke 18a ausgebildet.
Die Blechdichtung 17a mit der Halbsicke 18a stützt
sich mit jeweils einer einzigen Kontaktfläche 19 sowie
einer einzigen, durch die Halbsicke 18a gebildeten Kontaktfläche
(nicht näher bezeichnet) jeweils am Kugelbereich 7 und
am Tulpenbereich 8 ab.
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Die
in 5 dargestellte Blechdichtung 17b weist
demgegenüber eine Vollsicke 18b auf. Die Blechdichtung 17b stützt
sich mit genau zwei Kontaktflächen 19 am Kugelbereich 7 und
mit genau einer dazwischen liegenden durch die Vollsicke 18b gebildeten
Kontaktfläche am Tulpenbereich 8 ab. Die Blechdichtungen 17a und 17b sind
jeweils dem ersten Rohrende 3 zugeordnet. Die Blechdichtungen 17a und 17b können
auch dem Tulpenbereich 8 bzw. dem zweiten Rohrende 4 zugeordnet
sein, wobei dann die Kontaktflächen 19 am Tulpenbereich 8 und die
Sicke 18 jeweils am Kugelbereich 7, insbesondere
am ersten Abschnitt 10 anliegen würden.
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Die
Dichtmittel 6 sind jeweils an die Kugelsegmentformen des
Kugelbereichs 7 und des Tulpenbereichs 8 angepasst,
d. h. insbesondere die Kontaktflächen 19 liegen
flächig an dem zugeordneten ersten Rohrende 3 an.
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Die
Blechdichtungen 17a, 17b sind aus einem Blech
hergestellt. Insbesondere bestehen die Blechdichtungen 17a, 17b aus
Blech oder einem Metall. Die Blechdichtungen 17a, 17b sind
vzw. ringförmig ausgebildet.
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Die
Sicken 18 sind hier relativ zu den Kontaktflächen 19 nach
außen gewölbt. Falls die Blechdichtungen 17a, 17b dem
zweiten Rohrende 4 zugeordnet sind bzw. werden, dann sind
insbesondere die Sicken 18 relativ zu den Kontaktflächen 19 nach
innen gewölbt.
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Die
Blechdichtungen 17a, 17b weisen mindestens eine
Verliersicherung 20 auf. Die Verliersicherung 20 dient
zum Verbinden mit einem der Rohrenden 3 oder 4,
vzw. dem ersten Rohrende 3. Die Verliersicherung 20 umgreift
dabei vzw. eine der Stirnseiten 13 des ersten Rohrendes 3.
Die Verliersicherung 20 weist mindestens ein biegbares
Sicherungsbein 21 auf bzw. ist durch die biegbaren Sicherungsbeine 21 gebildet.
In 6 sind drei Sicherungsbeine 21 dargestellt.
Die Sicherungsbeine 21 sind in Umfangsrichtung beabstandet
und an einer Stirnkante 22 der Blechdichtung 17a bzw. 17b (vgl. 6)
ausgebildet.
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Bei
der Montage der Blechdichtungen 17a bzw. 17b kann
in einem ersten Schritt die Blechdichtung 17a bzw. 17b auf
den Kugelbereich 7, insbesondere den ersten Abschnitt 10 aufgesteckt
werden und anschließend die Verliersicherung 20,
insbesondere die Sicherungsbeine 21 nach Innen in das Rohrinnere
umgeklappt werden, so dass die Verliersicherung 20, insbesondere
die Sicherungsbeine 21 an der Innenumfangsfläche 23 des
Kugelbereichs 7, insbesondere des ersten Abschnitts 10 anliegen.
Hierdurch wird ein Verlieren des Dichtmittels 6 bzw. der Blechdichtungen 17a bzw. 17b beim
Transport in der Produktion ausgeschlossen.
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In
der dargestellten Ausgestaltung in 6 sind drei
umfänglich beabstandete Sicherungsbeine 21 vorgesehen.
In anderer Ausgestaltung können auch nur ein Sicherungsbein
oder zwei, drei oder auch mehrere Sicherungsbeine 21 vorgesehen
sein. Nach dem die Verliersicherung 20 durch Umklappen der
Sicherungsbeine 21 am ersten Rohrende 3 klemmend
befestigt ist, kann das zweite Rohrende 4 mit dem Tulpenbereich 8 über
das Dichtmittel 6 übergestülpt werden,
so dass das Dichtmittel 6 abdichtend am Kugelbereich 7 und
am Tulpenbereich 8 anliegt.
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Die
eingangs genannten Nachteile sind daher vermieden und entsprechende
Vorteile erzielt.
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- 1
- Kugelzonenverbindungsvorrichtung
- 2
- Abgasanlage
- 2a
- vorderer
Teil
- 2b
- hinterer
Teil
- 3
- erstes
Rohrende
- 4
- zweites
Rohrende
- 5
- Schelle
- 6
- Dichtmittel
- 7
- Kugelbereich
- 8
- Tulpenbereich
- 9
- Stirnseite
- 10
- Abschnitt
- 11
- Abschnitt
- 12
- Abschnitt
- 13
- Stirnseite
- 14
- Abschnitt
- 15
- Innenumfangsfläche
- 16
- Außenumfangsfläche
- 17a
- Blechdichtung
- 17b
- Blechdichtung
- 18
- Sicke
- 18a
- Halbsicke
- 18b
- Vollsicke
- 19
- Kontaktfläche
- 20
- Verliersicherung
- 21
- Sicherungsbeine
- 22
- Stirnkante
- 23
- Innenumfangsfläche
- R1
- erster
Radius
- R2
- zweiter
Radius
- R3
- Radius
- D1
- Durchmesser
- D2
- Durchmesser
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004056429
A1 [0003]
- - DE 102006060215 A1 [0004]