DE102009030014A1

DE102009030014A1 - Flanschverbindung

Info

Publication number: DE102009030014A1
Application number: DE102009030014A
Authority: DE
Inventors: Jan Velthuis
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2009-06-23
Filing date: 2009-06-23
Publication date: 2010-12-30

Abstract

Eine Flanschverbindung enthält ein erstes doppelwandiges Bauteil, das ein Außenbauteil und ein zumindest teilweise darin angeordnetes Innenbauteil aufweist, ein zweites Bauteil, einen insgesamt ringförmigen Stützflansch und einen insgesamt ringförmigen Gegenflansch, wobei der Stützflansch starr an dem Außenbauteil befestigt und das Innenbauteil verschiebbar an einer radialen Innenseite des Stützflansches ist und der Gegenflansch starr an dem zweiten Bauteil befestigt und bei dem am Stützflansch befestigten Gegenflansch ein Innenraum des Innenbauteils mit einem Innenraum des zweiten Bauteils verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flanschverbindung, zum Verbinden eines doppelwandigen Bauteils mit einem zweiten, einwandigen Bauteil. Das doppelwandige Bauteil ist vorzugsweise ein isolierter Abgaskrümmer.
Die DE 25 22 617 A1 beschreibt eine Rohrkupplung zum Verbinden und Abdichten von stumpf aufeinander stoßenden Rohren mit glatten Enden, bei der beide Rohrenden in einem Zentrierrohr aufgenommen werden und mittels O-Ring Dichtungen und Spannelementen miteinander verbunden werden.
Die FR 1 201 165 A zeigt eine Flanschverbindungsvorrichtung, bei der zwei stumpfe Rohrenden mittels einer Flanschverbindung verbunden werden. Hierbei wird mindestens ein Rohrende in eine Rohrmuffe und eine das Rohr umgebende Flanschmuffe gesteckt, wobei die Flanschmuffe mehrere Dichtelemente aufweist, die beim Festziehen des Flansches zur Abdichtung auf das Rohr gedrückt werden.
Die JP 07332552 A weist eine Flanschverbindung auf, bei der ein stumpfes Rohrende mit einem zweiten Rohrende verbunden wird, welches einen Flansch aufweist. Durch Verspannen eines Flanschringes mit dem Flansch wird eine dichtende Verbindung sichergestellt, wobei der Flanschring auf dem stumpfen Rohrende angepresst wird.
Die DE 1 764 879 U zeigt eine Flansch-Rohrverbindung für die Verbindung eines Flanschrohres mit einem glatten Rohrende, bei der die Rohrverbindung zwei einzelne muffenartige Stahlringteile aufweist.
Die DE 1722953 zeigt eine Rohrverbindung, bei der Rohre mittels eines Schiebesitzes und zweier Winkeldruckringe verbunden sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach montierbare Verbindung zwischen einem ersten doppelwandigen Bauteil, dass ein Innenbauteil und ein Außenbauteil aufweist, und einem zweiten Bauteil zu schaffen, die auch hohen Temperaturbeanspruchungen des Innenbauteils über lange Zeit standhält.
Eine Lösung dieser Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erzielt.
Die Unteransprüche sind auf vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Flanschverbindung gerichtet.
Die Erfindung eignet sich für einen Einsatz überall dort, wo ein thermisch beanspruchtes, insbesondere hohen Temperaturänderungen ausgesetztes rohrförmiges Bauteil mit einem weiteren Bauteil verbunden werden muss, wobei die Bauteile eine Fluidströmung führen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines doppelwandigen Abgaskrümmers, der an ein Turbinengehäuse eines Abgasturboladers angeschlossen ist, beispielsweise unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es stellen dar:
1 eine erste Querschnittsansicht der Flanschverbindung,
2 eine zweite Querschnittsansicht der Flanschverbindung, geschnitten in einer zur Papierebene senkrechten Ebene mit der Schnittlinie A-A der 1, gesehen gemäß 1 von links, und
3 eine dritte Querschnittsansicht der Flanschverbindung, geschnitten in einer zur Papierebene geneigten Ebene mit der Schnittlinie A-A der 1, gesehen gemäß 1 von schräg links unten.
Gemäß 1 bis 3 ist ein doppelwandiges erstes Bauteil durch einen insgesamt mit 7 bezeichneten doppelwandigen Abgaskrümmer gebildet, der als Außenbauteil eine Außenschale 5 aufweist. Die Außenschale 5 ist an einem offenen Ende mit einer Krümmerplatte 9 verbunden, vorzugsweise verschweißt. Die Krümmerplatte 9 ist in an sich bekannter Weise beispielsweise mittels Schrauben an einer Abgasseite des Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine befestigbar.
An ihrem anderen Ende ist die Außenschale 5 mit einem insgesamt ringförmigen Stützflansch 11 versehen, vorzugsweise verschweißt.
Innerhalb der Außenschale 5 ist als Innenbauteil der eigentliche Abgaskrümmer mit drei Abgaseinzelrohren 13, 15, 17 angeordnet. Die Abgaseinzelrohre 13, 15, 17 sind je an einem Ende durch entsprechende Öffnungen der Krümmerplatte 9 hindurchgeführt und darin mit Schiebesitz aufgenommen oder mit der Krümmerplatte 9 verschweißt.
Das andere Ende des dritten Abgaseinzelrohres 17 ist mit Schiebesitz in einer Anschlussöffnung des zweiten Abgaseinzelrohres 15 gehalten, dessen anderes Ende wieder mit Schiebesitz in einer Anschlussöffnung des ersten Abgaseinzelrohres 13 gehalten wird.
Das andere Ende des ersten Abgaseinzelrohres 13 ist mit Schiebesitz 19 durch den Stützflansch 11 hindurchgeführt und ragt mit Schiebesitz 21 in einen insgesamt ringförmigen Gegenflansch 23 ein, der einteilig mit einem Abgasturbinengehäuse 25 ausgebildet, beispielsweise mit diesem verschweißt ist oder zumindest mit einem am Abgasturbinengehäuse 25 befestigten Bauteil verbunden ist.
Der Gegenflansch 23 und damit das Abgasturbinengehäuse 25 ist in allgemein bekannter Weise, beispielsweise durch Schrauben, an dem Stützflansch 11 befestigbar.
Der Stützflansch 11 weist an seinem radial inneren Endbereich eine sich radial einwärts erweiternde Ringausnehmung auf, in der ein Dichtring 27 angeordnet ist, der mittels einer am Gegenflansch 23 ausgebildeten Materialerhöhung 29 gegen die Außenseite des ersten Abgaseinzelrohres 13 pressbar ist.
Wie insbesondere aus 3 ersichtlich, ist die Ringsausnehmung beispielsweise dadurch gebildet, dass der Stützflansch 11 von seinem radial inneren Endbereich zu der Außenschale 5 hin abgebogen ist. Die Außenschale 5 ist mit der Außenseite des abgebogenen Bereichs des Stützflansches 11 verschweißt.
Der Dichtring 27 dichtet vorteilhaft die miteinander verbundenen Innenräume des ersten Abgaseinzelrohrs 13 und des Abgasturbinengehäuses 25 sowohl nach außen, als auch gegenüber dem Innenraum der Außenschale 5 ab.
Zur Montage der beschriebenen Anordnung werden die Abgaseinzelrohre 13, 15, 17 ineinander gesteckt und mit der Krümmerplatte 9 verbunden, beispielsweise verschweißt. Weiter wird die Außenschale 5 aufgesteckt und mit der Krümmerplatte 9 starr verbunden, beispielsweise verschweißt. Dabei wird der Stützflansch mit dem Schiebesitz 19 über das erste Abgaseinzelrohr 13 geschoben. Anschließend wird der Dichtring 27 in die Ringausnehmung in dem Stützflansch 11 eingeschoben. Weiter wird das Abgasturbinengehäuse 25 mittels des Gegenflansches 23 mit dem Stützflansch 11 und damit mit dem Außengehäuse 5 verschraubt.
Die Krümmerplatte 9 ist über Außenschale 5, den Stützflansch 11 und den Gegenflansch 23 mit dem Abgasturbinengehäuse 25 starr verbunden. Die Abgaseinzelrohre 13, 15, 17 werden in den Schiebesitzen 19, 21 gehalten und nehmen dadurch keine, insbesondere durch thermische Ausdehnungen bedingten mechanischen Lasten zwischen der Krümmerplatte 9 und dem Abgasturbinengehäuse 25 auf. Dadurch können die Abgaseinzelrohre 13, 15, 17 eine geringe Wandstärke aufweisen.
Durch den Schiebesitz 21 in dem Abgasturbinengehäuse 15 kann ausgeschlossen werden, dass die heiße Abgasluft direkt mit dem Dichtring 27 in Verbindung kommt. Hierdurch wird die Dauerhaltbarkeit des Dichtringes 27 positiv beeinflusst.
Der Dichtring 27 liegt außerhalb der mechanischen Verbindung. Dadurch wird die Dauerhaltbarkeit des Dichtringes 27 positiv beeinflusst, da dieser eine gleichbleibende statische Kraft erfährt.
Weiter kann die Form des Stützflansches 7 ein großes Volumen zur Aufnahme des Dichtringes 27 in der Ringausnehmung bieten. Demnach ist eine Abdichtung auch bei großen Fertigungstoleranzen von Flansch- bzw. Rohrbauteilen gewährleistet.
Durch die Außenschale 5 wird sowohl eine akustische und als auch thermische Isolierung der Abgaseinzelrohre 13, 15, 17 angegeben. Durch diese Anordnung kann das Abgas ohne große Wärmeverluste in das Abgasturbinengehäuse 25 geleitet werden.
Weitere Abwandlungen der Flanschverbindung werden im Folgenden kurz erläutert.
Die Abgaseinzelrohre 13, 15, 17 können mit der Krümmerplatte 9 sowohl starr verbunden sein, als auch mit Schiebesitz geführt, bzw. gehalten sein.
Das erste Abgaseinzelrohr 13 muss nicht zwangsweise in das Abgasturbinengehäuse 25 einragen, sondern kann auch im Stützflansch 11 enden.
Der Dichtring 27 muss nicht zwingend an dem ersten Abgaseinzelrohr 13 anliegen und das innere der Abgaseinzelrohre 13, 15, 17 gegen den Innenraum der Außenschale 5 abdichten.

5: Außenschale
7: Abgaskrümmer
9: Krümmerplatte
11: Stützflansch
13: erstes Abgaseinzelrohr
15: zweites Abgaseinzelrohr
17: drittes Abgaseinzelrohr
19: Schiebesitz
21: Schiebesitz
23: Gegenflansch
25: Abgasturbinengehäuse
27: Dichtring
29: Materialerhöhung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 2522617 A1 [0002]
- FR 1201165 A [0003]
- JP 07332552 A [0004]
- DE 1764879 U [0005]
- DE 1722953 [0006]

Claims

Flanschverbindung mit einem ersten doppelwandigen Bauteil (7), das ein Außenbauteil (5) und ein zumindest teilweise darin angeordnetes Innenbauteil (13, 15, 17) aufweist, einem zweiten Bauteil (25) einem insgesamt ringförmigen Stützflansch (11), und einem insgesamt ringförmigen Gegenflansch (23), wobei der Stützflansch starr an dem Außenbauteil (5) befestigt ist, das Innenbauteil (13) verschiebbar an einer radialen Innenseite des Stützflansches geführt ist, der Gegenflansch (23) starr an dem zweiten Bauteil (25) befestigt ist und bei dem am Stützflansch (11) befestigten Gegenflansch (23) ein Innenraum des Innenbauteils (13) mit einem Innenraum des zweiten Bauteils (25) verbunden ist.
Flanschverbindung nach Anspruch 1, bei der zwischen dem Stützflansch (11) und dem Gegenflansch (23) ein Dichtring (27) angeordnet ist, der die Innenräume nach außen abdichtet.
Flanschverbindung nach Anspruch 2, bei der im Gegenflansch (23) eine Materialerhöhung (29) zum Drücken des Dichtrings (27) gegen eine Außenkante des am Stützflansch (7) verschiebbar geführten Innenbauteils (13) ausgebildet ist.
Flanschverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das Innenbauteil (13) im miteinander verbundenen Zustand der Flansche (11, 23) in das zweite Bauteil (25) einragt und an dessen Innenfläche verschiebbar geführt ist.
Flanschverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das Außenbauteil (5) mit dem Stützflansch (11) verschweißt ist.
Flanschverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der Gegenflansch (23) einteilig mit dem zweiten Bauteil (25) ausgebildet ist.
Flanschverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der das Außenbauteil eine wenigstens ein Abgaseinzelrohr (13, 15, 17) umgebende Außenschale (5) ist.
Flanschverbindung nach Anspruch 7, bei der das zweite Bauteil zumindest ein Teil eines Abgasturbinengehäuses (25) ist.
Flanschverbindung nach Anspruch 7 oder 8, bei der die Außenschale (5) mit einer Krümmerplatte (9) verbunden ist, die für eine Montage an einer Abgasseite eines Zylinderkopfes geeignet ist.
Flanschverbindung nach Anspruch 9, bei der die Außenschale (5) einen mehrflutigen Abgaskrümmer (7) umgibt, dessen Abgaseinzelrohre (13, 15, 17) an der Krümmerplatte (9) gehalten sind, wobei eine erstes Abgaseinzelrohr (13) in dem Stützflansch (11) endet und die anderen Abgaseinzelrohre (13, 15) mit Schiebesitz ineinander bzw. in das erste Abgaseinzelrohr (13) gesteckt sind.