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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Befestigen eines Krümmers an einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine sowie ein Werkzeug für eine solche Vorrichtung.
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Ein Krümmer einer Brennkraftmaschine, beispielsweise der Abgaskrümmer, ist üblicherweise mittels einen Flansch des Krümmers durchragender Schrauben an einem Zylinderkopf befestigt, wobei bei mehrzylindrischen Brennkraftmaschinen üblicherweise je Zylinder zwei Schrauben verwendet werden, die an sich gegenüberliegenden Seiten einer in den Krümmer führende Auslassöffnung angeordnet sind. Insbesondere für eine automatisierte Serienmontage muss der Krümmer derart ausgebildet werden, dass zum Ansetzen von Schraubspindeln an die Schraubköpfe Freigang vorhanden ist. Durch diese erforderlichen Freigänge werden nicht nur die konstruktiven Gestaltungsmöglichkeiten der Strömungskanäle eingeschränkt. Es entstehen auch funktionale Nachteile, da die Freigänge eine reibungsgünstige Strömungsführung beeinträchtigen. Eine in Folge der Freigänge zunehmende Oberfläche des Krümmers führt zu gröberen Wärmeverlusten im Abgas, wodurch längere Katalysatoraufheizzeiten bedingt sind. Die in Folge hoher Erwärmung des Abgaskrümmers auftretenden Ausdehnungen führen zu hohen Belastungen der Verschraubungen und bringen die Gefahr von Undichtigkeiten zwischen dem Zylinderkopf und dem Abgaskrümmer mit sich.
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Aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift
DE 203 19 486 U1 ist eine Vorrichtung zum Befestigen eines Krümmers an einem Zylinderkopf bekannt, bei der der Krümmer mittels wenigstens eines als Federleiste mit wellenförmigem Querschnitt ausgebildeten Spannbügels, der den Flansch des Krümmers übergreift, am Zylinderkopf befestigt ist. Die Federleiste ist auf einer Seite des Krümmers zwischen einer zylinderkopffesten Halteleiste und dem Krümmerflansch eingespannt. An ihrem der Halteleiste gegenüberliegenden Rand ist die Federleiste mittels schräg in den Zylinderkopf eingeschraubter Schrauben unter Anpressung an den Flansch am Zylinderkopf befestigt.
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Aus der
EP 1 571 305 B1 ist eine Anordnung zur dichtenden Befestigung des Kopfflansches eines Abgaskrümmers an dem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei eine mit dem Zylinderkopf verschraubte, einen ersten Längsrand des Kopfflansches übergreifende und im Querschnitt L-förmig ausgebildete Anschlagleiste vorgesehen ist. Die Anschlagleiste übergreift einen im Querschnitt S-förmig und federnd elastisch konfigurierten ersten Längsrand des aus einer Blechplatine tief gezogenen Kopfflansches. Ein flächig ausgebildeter und mit Bohrungen versehener zweiter Längsrand des Kopfflansches ist mittels Befestigungsschrauben direkt mit dem Zylinderkopf verspannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mittels der ein Krümmer an einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine kostengünstig und funktionell zuverlässig befestigt werden kann.
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Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung zum Befestigen eines Krümmers an einem Zylinderkopf einer Brennkraft maschine gemäß dem Anspruch 1 gelöst.
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Die Unteransprüche 1 bis 3 sind auf vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung gerichtet.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Krümmer an dem Zylinderkopf ohne Verwendung von Schrauben befestigt, so dass die Freigangprobleme für die Zugänglichkeit der Köpfe der Schraubbolzen, die den Krummer am Zylinderkopf befestigen, nicht bestehen. Dadurch, dass der Krümmer an dem Zylinderkopf lediglich mittels einer oder mehrerer Spannbügel befestigt ist, die mit dem Zylinderkopf verrastet sind, können thermische Ausdehnungen des Krümmers leichter aufgenommen werden als bei einer Verschraubung, wodurch die Dichtigkeit erhalten bleibt.
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Die Ansprüche 9 und 10 kennzeichnen ein für die erfindungsgemäße Vorrichtung einsetzbares Werkzeug.
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Die Erfindung kann sowohl für die Befestigung des Ansaugkrümmers als auch die Befestigung des Abgaskrümmers eingesetzt werden. Sie wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen in Anwendung für den Abgaskrümmer beispielhaft erläutert.
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In den Zeichnungen stellen dar:
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1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, der Befestigung eines Abgaskrümmers an einem Zylinderkopf.
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2 eine Aufsicht auf den Zylinderkopf im Bereich einer Auslassöffnung,
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3 eine Schnittansicht einer gegenüber 1 geänderten Ausführungsform einer Befestigung, geschnitten in der Ebene A-A der 4, und
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4 eine Ansicht auf einen Bereich eines am Zylinderkopf befestigten Abgaskrümmers.
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Gemäß 1 ist an einem Zylinderkopf 10 einer Brennkraftmaschine ein Abgaskrümmer 12 befestigt. Der Abgaskrümmer 12 enthält einen Krümmerflansch 14, von dem einzelne senkrecht zur Papierebene beabstandete Abgasleitungen 16 ausgehen (in 1 ist nur eine Leitung sichtbar), die in einer oder in mehreren Sammelleitungen zusammenlaufen. Dem Zylinderkopf 10 zugewandte Öffnungen der Abgasleitungen 16 fluchten durch den Krümmerflansch 14 hindurch mit aus dem Zylinderkopf 10 herausführenden Abgasöffnungen 13 (3, die Schnittebene der 2 liegt außerhalb einer Abgasöffnung).
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Der Krümmerflansch 14 liegt mit einer Anlagefläche 20 an einer Gegenfläche 22 des Zylinderkopfes 10 an. In die Anlagefläche 20 und/oder die Gegenfläche 22 ist eine Nut 24 eingearbeitet, in die eine an sich bekannte Dichtung 26, beispielsweise eine Blechsickendichtung oder eine im Querschnitt V-förmige Dichtung eingelegt ist.
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Die Befestigung des Abgaskrümmers 12 am Zylinderkopf 10 erfolgt mittels eines oder mehrerer Spannbügel 28. Der in 1 dargestellte Spannbügel 28 übergreift den Krümmerflansch 14. Ein gemäß 1 unterer Endbereich 30 des Spannbügels 28 ist abgebogen und umfasst einen starr mit dem Zylinderkopf 10 verbundenen Lagerzapfen 32, so dass der Haltebügel 28 in den Lagerzapfen 32 einhängbar ist und in Gegenuhrzeigerrichtung nach oben schwenkbar ist.
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Der Spannbügel 28 liegt im dargestellten Beispiel an zwei Anpressvorsprüngen 33 des Krümmerflansches 14 an und ragt mit seinem oberen Endbereich 34 in eine schlitzartige Ausnehmung 36 des Zylinderkopfes 10 ein, die bevorzugt etwa senkrecht zur Gegenfläche 22 gerichtet ist. Der Endbereich 34 ist mit einer aus seiner Fläche beispielsweise ausgestanzten und nach oben vorstehenden Federzunge 38 versehen. Von der Ausnehmung 36 geht eine durch den Zylinderkopf 10 nach oben hindurchführende Queröffnung 40 aus, in die eine Buchse 42 eingesetzt, beispielsweise eingeschraubt, ist. Die Buchse 42 weist eine innere Durchgangsöffnung auf, die mit einem Innengewinde 44 versehen ist. Die Queröffnung 40 kann ebenso wie der Außenumfang der Buchse 42, wenn diese beispielsweise in die Queröffnung eingepresst oder sonst wie starr darin befestigt ist, unrund ausgebildet sein.
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Das untere Ende der Buchse ist derart gestaltet, dass der Endbereich 34 unter elastischer Verformung der Federzunge 38 unter der Buchse 42 hindurch in die Ausnehmung 36 bis in eine Raststellung (etwa die Stellung gemäß 1) einschiebbar ist, in der die Federzunge 38 sich elastisch in Gegenuhrzeigerrichtung rückverformt und in Anlage an eine an der Buchse 42 ausgebildete Rastfläche 46 kommt.
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Zum Einbau des Spannbügels ist ein Werkzeug 50 vorgesehen, das einen zweiarmigen Spannhebel 52 aufweist, der um eine etwa senkrecht zur Erstreckung der Ausnehmung 36 bzw. der Einschubrichtung des Endbereiches 34 verlaufende Achse schwenkbar ist. Die Schwenkachse ist durch einen Lagerzapfen 56 gebildet, der an einem Grundkörper 58 des Werkzeugs 50 ausgebildet ist. Der Grundkörper 58 ist mittels einer in das Innengewinde 44 der Buchse 42 eingeschraubten Schraube 60 am Zylinderkopf 10 befestigbar.
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Der gemäß 1 untere Arm 62 des Spannhebels 52 liegt an einer an dem Spannbügel 28 ausgebildeten Anpressnase 64 an.
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Die Befestigung des Abgaskrümmers 12 am Zylinderkopf 10 geschieht wie folgt:
An dem Zylinderkopf 10 wird zunächst das Werkzeug 50 befestigt, indem dessen Grundkörper 58 mittels der Schraube 60 befestigt wird. Anschließend wird in die Nut 24 die Dichtung 26 eingebracht und der Krümmerflansch 14 am Zylinderkopf 10 positioniert, wobei diese Positionierung durch in 1 nicht dargestellte, beispielsweise aus dem Zylinderkopf 10 vorstehende Positionierungsstifte 66 (4) erleichtert werden kann.
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Anschließend wird der Spannbügel 28 in den Lagerzapfen 32 eingehängt und in Gegenuhrzeigerrichtung verschwenkt, so dass der Endbereich 34 in die Ausnehmung 36 soweit einragt, dass der untere Arm 62 des Spannhebels 52 in Anlage an die Anpressnase 64 bewegt werden kann. Durch weiteres Verschwenken des Spannhebels 52 wird der Endbereich 34 der Spannhülse 28 unter elastischer Verformung der Spannhülse soweit in die Ausnehmung 36 eingeschoben, bis die Federzunge 38 zurückfedern kann und in Anlage an die Rastfläche 46 kommt. Der Spannbügel ist somit am Zylinderkopf 10 unter Verrastung befestigt, wobei der Krümmerflansch 14 in dichtende Anlage an die Gegenfläche 22 des Zylinderkopfes 10 gepresst ist. Die Abdichtung ist durch die Dichtung 26 sichergestellt.
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Das Werkzeug 50 kann durch Lösen der Schraube 60 entfernt werden und gegebenenfalls zur Befestigung weiterer Spannbügel genutzt werden.
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Die beispielhaft beschriebene Vorrichtung kann vielfältig abgeändert werden. Der Federbügel 28 und dessen Anlage an dem Abgaskrümmer können in unterschiedlichster Weise ausgebildet werden, solange nur sichergestellt ist, dass der Krümmerflansch 14 nach Verrastung des Spannbügels fest gegen die Gegenfläche des Zylinderkopfes gepresst wird. Die Dichtung 26 mit der oder den zugehörigen Nuten kann derart ausgebildet sein, dass bei mehrzylindrischen Brennkraftmaschinen jede Abgasöffnung von einer Dichtung umgeben wird.
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Das Material des Spannbügels 28 ist derart gewählt, dass dessen elastische Verformbarkeit bei den in Betrieb auftretenden Temperaturen sicher erhalten bleibt.
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Die Buchse 42 kann fehlen, so dass die Schraube 60 unmittelbar in die Queröffnung 40 eingeschraubt werden kann und die Federzunge 38 an der Innenseite der Queröffnung 40 anliegt.
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Die Befestigung des unteren Bereiches 30 des Spannbügels 28 am Zylinderkopf 10 kann in unterschiedlicher Weise erfolgen, wobei vorteilhaft gewährleistet ist, dass der Spannbügel 28 an seinem unteren Endbereich schwenkbar am Zylinderkopf befestigt ist. Der Lagerzapfen 32 kann beispielsweise durch einen Draht gebildet sein, dessen Enden in den Zylinderkopf eingegossen sind.
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Damit unterschiedliche Wärmedehnungen des Abgaskrümmers 12 und des Zylinderkopfes 10 reibungsgünstig ausgeglichen werden können, kann zwischen der Anlageflache 20 und der Gegenfläche 22 eine Edelstahlglattlage angeordnet werden. Bei Verwendung von Blechsickendichtungen kann diese Glattlage einteilig mit der Dichtung ausgebildet sein.
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Zur Lösung der rastenden Befestigung des Spannbügels 28 am Zylinderkopf 10 kann in die Queröffnung 40 bzw. die Durchgangsöffnung der Buchse 42 ein Hilfswerkzeug, beispielsweise ein Stift eingeführt werden, mit dem die Federzunge 38 nach unten gedrückt wird, so dass sie von der Rastfläche freikommt.
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2 zeigt eine Aufsicht auf den Zylinderkopf 10 mit einer zweiflutigen Abgasöffnung 18. Die Abgasöffnung 18 ist von der Gegenfläche 22 umgeben, in der die um die Abgasöffnung 18 umlaufende Nut 24 ausgebildet ist. Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 1 ist die Ausnehmung 36 oberhalb der Abgasöffnung 18 angeordnet und nicht zwischen benachbarten Abgasöffnungen. Weiter ist in 2 ein Positionierungsstift 66 sichtbar, der von der Gegenfläche 22 vorsteht.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht der Ausführungsform gemäß 2, geschnitten in der Ebene einer Trennwand 68 (2) der zweiflutigen Abgasöffnung 18.
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Der Spannbügel 28 weist eine Einbauchung 70 auf, die an einer Gegenfläche eines Anpressvorsprungs 33 des Abgaskrümmers 12 anliegt. Der Anpressvorsprung 33 ist im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 1 nicht an dem Krümmerflansch 14, sondern an der Außenseite einer Abgasleitung 16 ausgebildet ist.
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Anstelle des Lagerzapfens 32 der Ausführungsform gemäß 1 ist am Zylinderkopf 10 eine Lagerschiene 72 befestigt oder einteilig mit dem Zylinderkopf ausgebildet, die eine Lagerung für einen umgebogenen Endbereich des Spannbügels 28 bildet.
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Die Federzunge 38 liegt unmittelbar an der Innenwand der Queröffnung 40 an.
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4 zeigt die Anordnung gemäß 3 von hinten. Deutlich sichtbar ist der Positionierungsstift 66, der eine Positionierungsöffnung des Abgaskrümmers 12 durchragt. Weiter sichtbar ist, dass sich die Lagerschiene 72 längs des Zylinderkopfes erstreckt, so dass mehrere Spannbügel 28 eingehängt werden können.
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Mit der beispielhaft geschilderten Erfindung werden zahlreiche Vorteile erzielt:
Durch das Fehlen von Schraubfreigängen am Abgaskrümmer bestehen vorteilhafte Möglichkeiten zur Gestaltung der Strömungskanäle. Weiter kann der Abgaskrümmer mit kleinerer Oberfläche ausgebildet werden, so dass Wärmeverluste vermieden werden. In Folge günstigerer Gestaltung der Strömungskanäle besteht geringere Strömungsreibung. Insgesamt ergeben sich Package-Vorteile und ist eine schnelle, einfache und kostengünstige Montage möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Zylinderkopf
- 12
- Abgaskrümmer
- 14
- Krümmerflansch
- 16
- Abgasleitung
- 18
- Abgasöffnung
- 20
- Anlagefläche
- 22
- Gegenfläche
- 24
- Nut
- 26
- Dichtung
- 28
- Spannbügel
- 30
- Endbereich
- 32
- Lagerzapfen
- 33
- Anpressvorsprung
- 34
- Endbereich
- 36
- Ausnehmung
- 38
- Federzunge
- 40
- Queröffnung
- 42
- Buchse
- 44
- Innengewinde
- 46
- Rastfläche
- 50
- Werkzeug
- 52
- Spannhebel
- 54
- Achse
- 56
- Lagerzapfen
- 58
- Grundkörper
- 60
- Schraube
- 62
- Arm
- 64
- Anpressnase
- 66
- Positionierungsstift
- 68
- Trennwand
- 70
- Einbauchung
- 72
- Lagerschiene
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 20319486 U1 [0003]
- EP 1571305 B1 [0004]
