DE102008063479A1

DE102008063479A1 - Abgasanlage für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102008063479A1
Application number: DE102008063479A
Authority: DE
Inventors: Thomas Weidner; Andreas Steigert; Markus Geminn
Original assignee: Heinrich Gillet GmbH
Current assignee: Tenneco GmbH
Priority date: 2007-12-22
Filing date: 2008-12-17
Publication date: 2009-06-25
Also published as: DE202007018009U1

Abstract

Gegenstand der Erfindung sind Abgasanlagen für Kraftfahrzeuge, umfassend aus Blechen bestehende Elemente wie Gehäuse, Flansche oder Rohre (1, 2), die wenigstens teilweise stoffschlüssig verbunden sind. Die Verbindung ist eine temperaturfeste Kleberschicht, bestehend aus einem mittleren weichen Kleber (3) und wenigstens einem endseitigen harten Kleber (4).

Description

Die Erfindung betrifft Abgasanlagen für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen bestehen aus unterschiedlichen Elementen, insbesondere aus Rohren, Gehäusen und Flanschen. Rohre und Gehäuse müssen gasdicht miteinander verbunden werden. Außerdem müssen sie die bis zu 1100°C betragenden Temperaturen der heißen Abgase überstehen. Aus diesem Grund sind die Elemente der Abgasanlagen üblicherweise geschweißt, gelötet oder mittels Klemmschrauben bzw. -schellen mechanisch miteinander verbunden.
Ein weiteres Fügeverfahren ist das Metallkleben. Darunter versteht man die Herstellung einer festen, nicht lösbaren Verbindung zweier Teile durch einen synthetischen Klebstoff. Die Bindung zwischen den Werkstückflächen erfolgt durch die Adhäsion des Klebstoffs an den zu verbindenden Werkstücken und durch die innere Kohäsion des Klebstoffs. Nach der zur Aushärtung des Klebers erforderlichen Temperatur unterscheidet man zwischen Kalt- und Warmklebeverfahren. Der Anwendungsbereich der Klebeverbindungen erstreckt sich im Wesentlichen auf die Dünnblech verarbeitende Industrie und den Maschinenbau.
Der Temperatur-Einsatzbereich der Kleberverbindungen liegt bei konventioneller Technik zwischen –60 und +150°C. Es wurden auch schon Extremwerte bis +350°C erreicht.
Die Klebetechnik hat im Bereich der Abgasanlagen für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor bisher keinen Eingang gefunden, weil die heißen Verbrennungsabgase Temperaturen bis zu 1100°C erreichen können.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abgasanlage der eingangs genannten Art anzugeben, bei der die Verbindung zwischen den Elementen wenigstens teilweise geklebt ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch Abgasanlagen mit dem Merkmal des Anspruchs 1.
Klebeverbindungen haben gegenüber den üblichen Fügeverfahren Schweißen und Löten den Vorteil, dass die zu verbindenden Teile nicht hoch erhitzt werden.
Dadurch entstehen keine oberflächlichen Oxidschichten oder Schweißraupen, die nachträglich wieder beseitigt werden müssen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung besteht die Kleberschicht nicht aus einem einheitlichen Material, sondern aus einem weicheren Kern, der seitlich von endseitigen härteren Kleberschichten begrenzt und somit gegen den Angriff der heißen Abgase geschützt wird.
Zur Erhöhung der Festigkeit, insbesondere während der Zeit, die der Kleber zum Aushärten benötigt, können die zu verbindenden Elemente im Verbindungsbereich zusätzlich formschlüssig verbunden sein.
Eine erste Ausgestaltung hierzu sieht vor, dass die Elemente im Verbindungsbereich flache Verbindungsflansche aufweisen.
Eine Variante hierzu sieht vor, dass die zu verbindenden Elemente im Verbindungsbereich konische Verbindungsflansche aufweisen.
Eine weitere Variante sieht vor, dass eines der zu verbindenden Elemente im Verbindungsbereich eine konische Bohrung aufweist.
Eine weitere Variante sieht vor, dass ein zu verbindendes Element im Verbindungsbereich eine hinterschnittene Bohrung aufweist.
Vorteilhafterweise bestehen die zu verbindenden Elemente aus Edelstahl. Edelstähle haben sich beim Bau von Abgasanlagen für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor bereits bewährt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Kleber ein keramischer Kleber. Ein solcher keramischer Kleber ist im Ausgangszustand leicht zu verarbeiten. So kann beispielsweise durch Zugabe eines Verdünners die Viskosität in weiten Grenzen eingestellt werden. Nach dem Aushärten bildet er eine gasdichte, feste keramische Schicht, die die zu verbindenden Teile sicher hält.
Besonders vorteilhaft sind keramische Kleber, die mit Metallpulver gefüllt sind. Diese metallgefüllten keramischen Kleber besitzen eine geringere Sprödigkeit und damit eine erhöhte Duktilität und Schockresistenz. Darüber hinaus kann er gegebenenfalls unterschiedliche Wärmeausdehnungen der zu verklebenden Elemente ausgleichen. Die Temperaturfestigkeit des Klebers wird durch die Art des verwendeten Metalls bestimmt. So hat beispielsweise mit Edelstahl gefüllter Kleber eine wesentlich höhere Betriebstemperatur als ein mit Aluminium gefüllter.
Ein weiterer Vorteil dieser metallgefüllten keramischen Kleber ist, dass sie praktisch bei Raumtemperatur chemisch aushärten. Bei Bedarf können sie zur Erhöhung der Festigkeit bei Temperaturen zwischen ca. 200 und 300°C nachgehärtet werden.
Anhand der Zeichnungen soll die Erfindung in Form von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen jeweils ausschnittsweiße und als Längsschnitt
1 eine erste Rohr-Verbindung,
2 eine zweite Rohr-Verbindung,
3 eine dritte Rohr-Verbindung,
4 eine vierte Rohr-Verbindung,
5 eine erste Rohr-Flansch-Verbindung,
6 eine zweite Rohr-Flansch-Verbindung,
7 eine dritte Rohr-Flansch-Verbindung,
8 eine vierte Rohr-Flansch-Verbindung und
9 eine fünfte Rohr-Flansch-Verbindung.
1 zeigt rein schematisch und als Längsschnitt einen Ausschnitt aus einer Verbindungsstelle zwischen zwei Rohren 1, 2. Die Enden der beiden Rohre 1, 2 sind ineinander gesteckt. Ihre Abmessungen sind so aufeinander abgestimmt, dass zwischen den Rohren 1, 2 ein definierter Spalt verbleibt. In diesem Spalt befindet sich eine Kleberschicht 3, bevorzugt aus einem hochtemperaturfesten metallgefüllten keramischen Kleber.
Es hat sich herausgestellt, dass hochfeste Kleber oftmals den heißen, pulsierenden Abgasen nicht gewachsen sind, während andererseits Kleber, die den heißen pulsierenden Abgasen widerstehen können, nicht die nötige Festigkeit haben. Aus diesem Grund ist wie in der 1 dargestellt die Kleberschicht dreiteilig ausgebildet. In der Mitte befindet sich ein weicherer Kleber 3 mit hoher Haftkraft, der auf beiden Seiten von einem härteren, den Abgasen Widerstand leistenden Kleber 4 begrenzt ist.
2 zeigt eine alternative Ausgestaltung. In diesem Fall besitzen die Rohre 1, 2 im Bereich der Verbindungsstelle eine umlaufende radiale Aufweitung 5, so dass eine formschlüssige Verbindung entsteht. In diesem Fall muss der Kleber 3, 4 keine so hohen Kräfte entwickeln; es genügt vielmehr, wenn er temperaturfest ist und eine gasfeste Verbindung bildet.
3 zeigt eine dritte Ausführungsform. Hier sind die zu verbindenden Rohre 1, 2 im Verbindungsbereich mit flach nach außen gestellten umlaufenden Flanschen 6 ausgerüstet, zwischen denen der Kleber 3, 4 eingebracht ist.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform. Die zu verbindenden Rohre 1, 2 besitzen im Verbindungsbereich einen zueinander passenden Konus 7. Die Kleberschicht 3, 4 verbindet diese beiden Konen 7 miteinander.
5 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel die Verbindung zwischen einem Flansch 10 und einem Abgasrohr 1. Der Flansch 10 ist mit einer zylindrischen Bohrung 11 versehen, in die das Rohr 1 mit Hilfe der Kleberschicht 3, 4 eingeklebt ist. Falls es sich bei dem Flansch 10 um einen Zylinderkopfflansch handelt, muss die Kleberschicht 3, 4 keine extrem hohe Temperaturfestigkeit haben, da der Flansch 10 und das mit ihm verbundene Rohr 1 durch die Wasserkühlung des Verbrennungsmotors ebenfalls gekühlt werden.
6 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Flansch-Rohr-Verbindung. Der Flansch 10 besitzt eine konische Bohrung 12, in die das Rohr 1 eingesetzt ist. Das eingesteckte Ende des Rohrs 1 ist zu der Bohrung 12 konisch aufgeweitet, so dass eine zusätzliche formschlüssige Verbindung entsteht, die die Kleberschicht 3, 4 wirksam unterstützt.
7 zeigt eine dritte Ausführungsform einer Flansch-Rohr-Verbindung. Der Flansch 10 ist wieder mit einer konischen Bohrung 12 ausgeführt, in die das konisch aufgeweitete Ende des Rohrs 1 eingeklebt ist. Das Rohr 1 besitzt unmittelbar neben dem Flansch 10 eine radiale Aufweitung 5, die dafür sorgt, dass das Rohr 1 auch dann sicher im Flansch 10 sitzt, wenn der Kleber 3, 4 noch nicht ausgehärtet ist.
8 zeigt schließlich eine Ausführungsform einer Flansch-Rohr-Verbindung, bei der der Flansch 10 mit einer hinterschnittenen Bohrung 13 ausgerüstet ist. Das Rohr besitzt im Bereich des Flansches eine radiale Aufweitung 5, die mit dem Hinterschnitt der Bohrung 13 korrespondiert. Die so gebildete formschlüssige Verbindung zwischen Flansch 10 und Rohr 1 unterstützt die Kleberschicht 3, 4 wirksam.
9 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Rohr-Flansch-Verbindung. Das Rohr 1 ist in einer zylindrischen Bohrung 11 im Flansch 10 eingeklebt. Zur Erhöhung der Festigkeit der Klebeverbindung ist der Kleber 3, 4 nicht als flächige Schicht, sondern in mehreren umlaufenden Streifen aufgebracht.

Claims

Abgasanlage für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor, umfassend aus Blechen bestehende Elemente wie Gehäuse, Flansche (10) und/oder Rohre (1, 2), wobei die Elemente wenigstens teilweise stoffschlüssig verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung eine temperaturfeste Kleberschicht (3) ist.
Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kleberschicht aus einem mittleren weichen Kleber (3) und wenigstens einem endseitigen harten Kleber (4) gebildet ist.
Abgasanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (1, 2, 10) im Verbindungsbereich zusätzlich formschlüssig verbunden sind.
Abgasanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (1, 2) im Verbindungsbereich flache Verbindungsflansche (6) aufweisen.
Abgasanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (1, 2) im Verbindungsbereich konische Verbindungsflansche (7) aufweisen.
Abgasanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Element (10) im Verbindungsbereich eine konische Bohrung (12) aufweist.
Abgasanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Element (10) im Verbindungsbereich eine hinterschnittene Bohrung (13) aufweist.
Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verbindenden Elemente (1, 2, 10) aus Edelstahl bestehen.
Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kleber ein keramischer Kleber ist.
Abgasanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kleber mit Metall, insbesondere Aluminium oder Edelstahl, gefüllt ist.