DE102009060003A1

DE102009060003A1 - Krümmeranordnung

Info

Publication number: DE102009060003A1
Application number: DE200910060003
Authority: DE
Inventors: Andreas 67466 Steigert; Markus 67487 Geminn; Thomas 67480 Weidner; Alexander von 75177 Zündt
Original assignee: Heinrich Gillet GmbH
Current assignee: Tenneco GmbH
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2009-12-21
Publication date: 2011-07-14
Anticipated expiration: 2029-12-22
Also published as: CN102770632A; WO2011085929A1; DE102009060003B4; CN102770632B

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Krümmeranordnung 1 für eine Verbrennungskraftmaschine mit mindestens einem Krümmerflansch 2.1, 2.2, 2.3 und mindestens einem daran befestigten Krümmer 3.1, 3.2, 3.3 wobei der Krümmerflansch 2.1 aus Blech gebildet ist und der daran befestigte Krümmer 3.1 als Gussteil ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Krümmeranordnung für einen Verbrennungsmotor mit mindestens einem Krümmerflansch und mindestens einem daran befestigten Krümmer.
Es ist bereits ein Sammelabschnitt einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine aus der DE 15 76 357 B2 bekannt. Sie besteht aus mehreren Krümmerflanschen und je einem aus zwei Halbschalen gebildeten Austrittskrümmer, die über Leitungsstücke verbunden sind. Zwecks Gewährleistung eines geringen Gewichts, einer raumsparenden Ausgestaltung sowie einer geringen Beweglichkeit ist unter anderem vorgesehen, dass die Austrittskrümmer aus einem austenitischen, hochwarmfesten Blech geformt sind, während der jeweilige Krümmerflansch aus einem Temperguss gebildet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Krümmerflansch mit Krümmer derart auszubilden und anzuordnen, dass eine einfachere Herstellung gewährleistet ist.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass der Krümmerflansch als Teil der Krümmeranordnung aus Blech gebildet ist und die daran befestigten Krümmer als Gussteil ausgebildet sind. Blechteile sind schneller und einfacher herzustellen als Gussteile. Der Krümmerflansch als Teil der Krümmeranordnung kann mit weniger Bearbeitungsaufwand und geringeren Werkzeugkosten hergestellt werden, was sich letztlich in der Krümmeranordnung niederschlägt. Lediglich die Krümmer sind als Gusssteil ausgebildet und begründen den für Gussteile notwendigen Herstellungsaufwand. Zudem sind die Blechteile in der Regel etwas dünner als entsprechende Gussteile, womit eine entsprechende Gewichtsersparnis einhergeht.
Vorteilhaft kann es hierzu auch sein, wenn der Krümmerflansch und/oder ein abgassystemseitig vorgesehener Rohrflansch als tiefgezogenes oder als gestanztes Feinblech-Bauteil ausgebildet ist. Der jeweilige Krümmerflansch und der abgassystemseitig vorgesehene Rohrflansch werden nachfolgend als Flansch bezeichnet. Bis zu einer Wandstärke von 20 mm spricht der Fachmann von Feinblech. Diese Wandstärken lassen sich auch mit relativ geringem Aufwand verarbeiten.
Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn der Krümmerflansch und/oder der Rohrflansch aus niedrig legiertem Stahl wie 1.4511 oder 1.4301 oder aus unlegiertem Stahl wie St 37 oder St 52 gebildet ist. Niedrig legierte und unlegierte Stähle sind wesentlich günstiger als hochlegierte Stähle. Sie sind zwar auch weniger temperaturbelastbar, jedoch stellt dies gerade für den Krümmerflansch keinen Nachteil dar. Denn der Krümmerflansch wird zum einen nicht direkt mit dem heißen Abgas beaufschlagt und zum anderen liegt der Krümmerflansch an dem gekühlten Zylinderkopf an. Der Rohrflansch kann auch aus höher legiertem Stahl gebildet sein als die Krümmerflansche, da für ihn eine höhere Temperaturbeständigkeit von Vorteil sein kann.
Vorteilhaft kann es auch sein, wenn der Krümmerflansch und/oder der Rohrflansch bis maximal 400°C bis 600°C temperaturfest bzw. temperaturbeständig ist. Dies ist für den Krümmerflansch aus den vorstehend genannten Gründen ausreichend. Temperaturbeständigeres Material, welches höhere Gestehungskosten aufweist, ist nicht notwendig.
Dabei kann es vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass der Gusskrümmer aus einem höher legierten Stahl als der Krümmerflansch und/oder der Rohrflansch gefertigt ist. Der Gusskrümmer wird unmittelbar mit heißem Abgas beaufschlagt. Eine direkte Wärmeableitung an den Zylinder ist auch nicht möglich. Dieser Teil der Krümmeranordnung ist zwecks Gewährleistung der Haltbarkeit aus einem höher legierten Stahl gebildet.
Vorteilhaft kann es ferner sein, wenn der Rohrflansch an den Gusskrümmer angegossen ist und/oder der Rohrflansch aus einem höher legierten Stahl als der Krümmerflansch oder der Gusskrümmer gebildet ist. Der Rohrflansch ist höheren Temperaturen ausgesetzt als der jeweilige am gekühlten Zylinderkopf anliegende Krümmerflansch. Somit kann die Ausbildung aus höher legiertem Stahl trotz der damit einhergehenden höheren Gestehungskosten aufgrund der besseren Temperaturbeständigkeit vorteilhaft sein. Der Rohrflansch kann auch aus höher legiertem Stahl gebildet sein als der Gusskrümmer. Die Wahl des Stahls hängt von der gewünschten Temperaturfestigkeit ab und kann erfindungsgemäß für die einzelnen Bestandteile der Krümmeranordnung, also die Gusskrümmer, der jeweilige Krümmerflansch und der Rohrflansch, unterschiedlich gewählt werden.
Von besonderer Bedeutung kann für die vorliegende Erfindung sein, wenn der Gusskrümmer aus SiMo-Guss, aus austenitischem Stahlguss wie 1.4828, 1.4835, 1.4849 oder aus einer Nickelbasis-Legierung wie beispielsweise INCONEL 2.xxxx gebildet ist. Es sind auch ähnliche Legierungen oder höherwertigere Legierungen als die vorstehend genannten für die Ausbildung des Gusskrümmers vorgesehen.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung kann es von Vorteil sein, wenn der Gusskrümmer bis mindestens 700°C bis 1100°C temperaturbeständig ist. Der Gusskrümmer wird wie oben beschrieben direkt mit dem heißen Abgas beaufschlagt. Insbesondere vor dem Hintergrund möglicher Isolationsmaßnahmen, die eine Wärmeabgabe der Gusskrümmer nach außen begrenzen, sollte diese Temperaturbeständigkeit gegeben sein.
Vorteilhaft kann es ferner sein, wenn pro Krümmerflansch ein oder mehrere Gusskrümmer vorgesehen sind. Die Aufteilung der Gusskrümmer auf einen oder mehrere Krümmerflansche ist selbstverständlich auch bei der erfindungsgemäßen Materialpaarung möglich.
Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn der Gusskrümmer stirnseitig eine Schulter aufweist, die zum Anschließen oder Anlegen des Flansches dient. Die Schulter gewährleistet einen Formschluss, der den nachgeschalteten Anformprozess begünstigt.
Vorteilhaft kann es auch sein, wenn der Gusskrümmer eine Wandstärke aufweist, die zwischen 1,5 mm und 8 mm, maximal 10 mm groß ist. Die Wandstärke ist in der Regel konstant. Die Wandstärke ist somit an die zu erwartende Belastung sowohl mechanischer als auch thermischer Art angepasst.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigen:
1 eine Krümmeranordnung mit mehreren Gusskrümmern und mehreren Krümmerflanschen;
2 eine Krümmeranordnung nach 1 in explodierter Darstellung;
3 eine Krümmeranordnung nach 1 als Schnittdarstellung in der Ansicht von oben;
4 eine Krümmeranordnung nach 3 mit angegossenem Rohrflansch.
Eine in 1 dargestellte Krümmeranordnung 1 weist drei motorseitig vorzusehende Krümmerflansche 2.1, 2.2, 2.3 sowie einen abgassystemseitig vorgesehenen Rohrflansch 4 auf, die über mehrere Gusskrümmer 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 strömungstechnisch verbunden sind. Die Gusskrümmer 3.1–3.3 sind dabei an die Krümmerflansche 2.1–2.3 angeschlossen, während der Gusskrümmer 3.4 an den Rohrflansch 4 angeschlossen ist.
Gemäß 2 bilden die Gusskrümmer 3.1–3.4 ein einteiliges Gussbauteil, wohingegen die Krümmerflansche 2.1–2.3 sowie der Rohrflansch 4 jeweils als einteiliges Blechteil ausgebildet sind.
Zwecks Verbindung des Rohrflansches 4 mit dem Gusskrümmer 3.4 weist dieser eine Schulter 3a auf, die in einer Ausnehmung 4a des Rohrflansches 4 einsetzbar ist.
Die Krümmerflansche 2.1–2.3 weisen jeweils eine zentrische Ausnehmung 2a–2c auf, die zur Aufnahme der jeweiligen Stirnseite des jeweiligen Gusskrümmers 3.1–3.3 dient. Der jeweilige Gusskrümmer 3.1–3.3 weist im Bereich der Stirnseite eine Wandstärke S1 auf, die etwa 5 mm groß ist. Der jeweilige Krümmerflansch 2.1–2.3 weist eine Dicke d2 auf, die etwa 3 mm beträgt. Der Rohrflansch 4 weist eine Dicke d1 auf, die in etwa 10 mm beträgt. Die Wandstärke S1 ist in der Regel konstant. In den 3 und 4 variiert die relative Lage zwischen der Schnittebene und dem jeweiligen Gusskrümmer, so dass die Wandstärke S1 zu variieren scheint. Dies ist in diesen Ausführungsbeispielen nicht der Fall.
Zwecks Befestigung des Rohrflansches 4 an einem nicht dargestellten Abgasrohr weist dieser im oberen Bereich zwei Bohrungen 4b, 4b' sowie im unteren Bereich ebenfalls zwei Bohrungen 4c, 4c' auf, wobei die unteren Bohrungen 4c, 4c' im Durchmesser kleiner ausgebildet sind als die oberen Bohrungen 4b, 4b'.
Zwecks Befestigung des jeweiligen Krümmerflansches 2.1–2.3 an einem nicht dargestellten Motorblock weist der jeweilige Krümmerflansch 2.1–2.3 zwei Bohrungen 2d, 2d'–2f, 2f' auf, über die der jeweilige Krümmerflansch 2.1–2.3 an nicht dargestellten Haltebolzen befestigt werden kann.
Nach Ausführungsbeispiel 3 entspricht ein Innendurchmesser di der Ausnehmung 4a des Rohrflansches 4 einem Außendurchmesser da des Gusskrümmers 3.4 im Bereich der Schulter 3a, wobei zwischen dem Außendurchmesser da und dem Innendurchmesser di eine Spielpassung vorgesehen ist.
Die jeweilige Ausnehmung 2a–2c weist einen Innendurchmesser Di auf, wobei der jeweilige Gusskrümmer 3.1–3.3 stirnseitig einen Außendurchmesser Da aufweist und zwischen dem Innendurchmesser Di und dem Außendurchmesser Da eine Spielpassung vorgesehen ist.
Die Verbindung zwischen dem jeweiligen Krümmerflansch 2.1–2.3 und dem jeweiligen Gusskrümmer 3.1–3.3 erfolgt durch einen gasdichten Fügeprozess oder einen Schweiß-, Löt- oder Klebeprozess. Gleiches gilt für die Verbindung zwischen dem Gusskrümmer 3.4 und dem Rohrflansch 4.
Nach dem Ausführungsbeispiel 4 ist der Rohrflansch 4 angegossen. Der Rohrflansch 4 und die Gusskrümmer 3.1–3.3 sind somit materialidentisch und aus höher legiertem Stahl gebildet als die Krümmerflansche 2.1–2.3 aus Blech.
Bezugszeichenliste

1: Krümmeranordnung
2.1: Krümmerflansch, Flansch
2.2: Krümmerflansch, Flansch
2.3: Krümmerflansch, Flansch
2a: Ausnehmung
2b: Ausnehmung
2c: Ausnehmung
2d: Bohrung
2d': Bohrung
2e: Bohrung
2e': Bohrung
2f: Bohrung
2f': Bohrung
3.1: Gusskrümmer
3.2: Gusskrümmer
3.3: Gusskrümmer
3.4: Gusskrümmer
3a: Schulter
4: Rohrflansch, Flansch
4a: Ausnehmung
4b: Bohrung
4b': Bohrung
4c: Bohrung
4c': Bohrung
da: Außendurchmesser von 3.4
di: Innendurchmesser von 4a
Da: Außendurchmesser von 3.1, 3.2, 3.3
Di: Innendurchmesser von 2a, 2b, 2c
d1: Dicke
d2: Dicke
S1: Wandstärke

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 1576357 B2 [0002]

Claims

Krümmeranordnung (1) für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit mindestens einem Krümmerflansch (2.1) und mindestens einem daran befestigten Krümmer (3.1), dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmerflansch (2.1–2.3) aus Blech gebildet ist und der daran befestigte Krümmer (3.1–3.4) als Gussteil ausgebildet ist.
Krümmeranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmerflansch (2.1–2.3) und/oder ein abgassystemseitig vorgesehener Rohrflansch (4) als tiefgezogenes oder als gestanztes Feinblech-Bauteil ausgebildet ist.
Krümmeranordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmerflansch (2.1–2.3) und/oder der Rohrflansch (4) aus niedrig legiertem austenitischem Stahl wie 1.4511 oder 1.4301 oder aus unlegiertem Stahl wie St 37 oder St 52 gebildet ist.
Krümmeranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmerflansch (2.1–2.3) und/oder der Rohrflansch (4) bis maximal 400°C bis 600°C temperaturbeständig ist.
Krümmeranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gusskrümmer (3.1–3.4) aus einem höher legierten Stahl als der Krümmerflansch (2.1–2.3) und/oder der Rohrflansch (4) gefertigt ist.
Krümmeranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrflansch (4) an den Gusskrümmer (3.4) angegossen ist und/oder der Rohrflansch (4) aus einem höher legierten Stahl als der Krümmerflansch (2.1–2.3) oder der Gusskrümmer (3.1–3.4) gebildet ist.
Krümmeranordnung (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gusskrümmer (3.1–3.4) aus SiMo-Guss, aus austenitischem Stahlguss wie 1.4828, 1.4835, 1.4849 oder aus einer Nickelbasis-Legierung gebildet ist.
Krümmeranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gusskrümmer (3.1) bis mindestens 700°C bis 1100°C temperaturbeständig ist.
Krümmeranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass pro Flansch (2.1–2.3, 4) ein oder mehrere Gusskrümmer (3.1–3.4) vorgesehen sind.
Krümmeranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gusskrümmer (3.1–3.4) stirnseitig eine Schulter (3a) aufweist, die zum Anschließen oder Anlegen des Flansches (2.1–2.3, 4) dient.