DE102011009686A1

DE102011009686A1 - Befestigungsverbund

Info

Publication number: DE102011009686A1
Application number: DE201110009686
Authority: DE
Inventors: Peter Schwiderski; Dr. Neuendorf Stephan; Dr. Pott Ekkehard
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2011-01-28
Filing date: 2011-01-28
Publication date: 2012-08-02

Abstract

Es wird ein Befestigungsverbund zum Befestigen eines Abgaskrümmers an einer Brennkraftmaschine (3) mit einem Bolzen (2), der ein erstes Ende (4) zum Befestigen mit der Brennkraftmaschine (3) und ein zweites Ende (6) mit einem Widerlager (8) aufweist, und mit einer Hülse (10) offenbart, die einen Innendurchmesser aufweist, der größer ist als der Außendurchmesser des Bolzens (2). Die Hülse (10) ist zwischen dem Widerlager (8) und einem Flansch (9) des Abgaskrümmers eingeklemmt. Für eine zuverlässige und dichte Verbindung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Wärmeausdehnungskoeffizient eines Materials der Hülse (10) größer ist als ein Wärmeausdehnungskoeffizient eines Materials des Bolzens (2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Befestigungsverbund zum Befestigen eines Abgaskrümmers an einer Brennkraftmaschine mit einem Bolzen, der ein erstes Ende zum Befestigen mit der Brennkraftmaschine und ein zweites Ende mit einem Widerlager aufweist, und mit einer Hülse, die einen Innendurchmesser aufweist, der größer ist als der Außendurchmesser des Bolzens, und die Hülse zwischen dem Widerlager und einem Flansch des Abgaskrümmers eingeklemmt ist.
Ein derartiger Befestigungsverbund ist beispielsweise aus der EP 1 450 018 B1 bekannt. Der dort beschriebene Befestigungsverbund dient dazu, einen Abgaskrümmer an einer Brennkraftmaschine festzulegen. Der Abgaskrümmer unterliegt bei Betrieb der Brennkraftmaschine einer hohen thermischen Belastung, die ursächlich für thermische Ausdehnungen und plastischen Verformungen des Abgaskrümmers verantwortlich ist. Bei einem Abkühlen des Abgaskrümmers nimmt die thermische Ausdehnung wieder ab und der Abgaskrümmer versucht aus der Verformung in seinen ursprünglichen Zustand zurück zu gelangen. Durch die mechanische Festlegung des Abgaskrümmers an der Brennkraftmschine kommt es somit aufgrund der wechselnden thermischen Belastungen zu Verspannungen in der Materialstruktur, was zu einer dauerhaften Schädigung selber führen kann.
Deshalb ist bei dem Befestigungsverbund aus der EP 1 450 018 B1 vorgesehen, dass ein Wärmeausdehnungskoeffizient eines Materials des Bolzens größer ist als ein Wärmeausdehnungskoeffizient eines Materials der Hülse. Dadurch kann sich der Bolzen mehr thermisch ausdehnen als die Hülse. Hierdurch wird die Klemmkraft verringert und das so genannte Flanschgleiten wird ermöglicht.
Bei bestimmten, komplexen Ausgestaltungen des Abgaskrümmers kann es durch die thermisch verursachte plastische Verformung zu einem Abklappen insbesondere der äußeren Bereiche des Flansches des Abgaskrümmers kommen. Dies wird auch als „Bananeneffekt” bezeichnet. Durch das Abklappen des Abgaskrümmers besteht die Möglichkeit, dass die Dichtigkeit zwischen Abgaskrümmer und Brennkraftmaschine nicht zuverlässig gewährleistet ist.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Befestigungsverbund anzugeben, der zuverlässig und gasdicht den Abgaskrümmer an der Brennkraftmaschine anordnet.
Diese Aufgabe wird durch einen Befestigungsverbund gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bei einem Befestigungsverbund zum Befestigen eines Abgaskrümmers an einer Brennkraftmaschine mit einem Bolzen, der ein erstes Ende zum Befestigen mit der Brennkraftmaschine und ein zweites Ende mit einem Widerlager aufweist, und mit einer Hülse, die einen Innendurchmesser aufweist, der größer ist als der Außendurchmesser des Bolzens, und die Hülse zwischen dem Widerlager und einem Flansch des Abgaskrümmers eingeklemmt ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Wärmeausdehnungskoeffizient eines Materials der Hülse größer ist als ein Wärmeausdehnungskoeffizient eines Materials des Bolzens.
Der wesentliche Kern der Erfindung besteht somit darin, dass sich die Hülse aufgrund des höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten etwas mehr in Längsrichtung thermisch ausdehnt als der Bolzen, der durch den Flansch des Abgaskrümmers hindurchragend an der Brennkraftmaschine befestigt ist. Da die Hülse zwischen dem Widerlager und dem Flansch angeordnet ist, wird der Flansch durch die Hülse fest an die Brennkraftmaschine gedrückt. Ein teilweises Abklappen des Flansches und die dadurch entstehenden Gasundichtigkeiten am Übergang von der Brennkraftmaschine zum Abgaskrümmer werden zuverlässig vermieden.
Um einen zuverlässigen Eingriff des Bolzens mit der Brennkraftmaschine bereit zu stellen, weist der Bolzen an seinem ersten Ende ein Schraubgewinde zur Schraubverbindung mit der Brennkraftmaschine auf. In der Brennkraftmaschine ist eine dazu komplementäre Gewindebohrung vorgesehen.
Für eine einfache Montage ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das Widerlager mit dem zweiten Ende des Bolzens einstückig ausgebildet. Es ist somit als Bolzen eine geeignete Maschinenschraube mit Schraubenkopf einsetzbar.
Für eine verbesserte Wärmeleitung der thermischen Energie von dem Flansch des Abgaskrümmer in die Hülse, ist diese an einem ersten, der Brennkraftmaschine und/oder dem Flansch zugewandten Ende mit einer größeren Kontaktfläche als an einem zweiten, dem Widerlager zugewandten Ende ausgebildet ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer detaillierten Beschreibung einer Ausführungsform unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beispielhaft näher erläutert, in denen:
1 eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Befestigunsverbundes zeigt;
2 eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer Hülse zeigt; und
3 eine Schnittdarstellung einer noch weiteren Ausführungsform einer Hülse zeigt.
Die 1 zeigt einen Befestigungsverbund 1 mit einem als Schraube ausgebildeten Bolzen 2, der mit eine Brennkraftmaschine 3 in Eingriff steht. An einem ersten Ende 4 des Bolzens 2 bzw. der Schraube ist ein Gewinde 5 vorgesehen. An dem zweiten Ende 6 des Bolzens 2 bzw. der Schraube befindet sich ein Schraubenkopf 7, dessen Unterseite als Widerlager 8 der Schraubverbindung dient.
An der Brennkraftmaschine 3, insbesondere einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 3, ist ein Flansch 9 eines Abgaskrümmers angeordnet, der aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht vollständig gezeigt ist.
Zwischen dem Flansch 9 und dem Schraubenkopf 7 ist eine im Wesentlichen zylindrisch ausgebildete Hülse 10 derart angeordnet, dass die Hülse 10 mit einem ersten Ende 11 mit dem Flansch 9 und mit dem zweiten Ende 12 mit einer Lagerscheibe 13 in Kontakt steht. Die Lagerscheibe 13 befindet sich mit der Unterseite des Schraubenkopfes 7 in einer Klemmverbindung. Ferner ist die Hülse 10 um den Bolzen 3 herum angeordnet und ein Innendurchmesser der Hülse 10 ist größer als ein Außendurchmesser des Bolzens 2.
Beim Betrieb der Brennkraftmaschine 3 wird der Abgaskrümmer durch das heiße Abgas soweit erhitzt, dass auch der Flansch 9 heiß wird. Die thermische Energie wird anschließend von dem Flansch 9 weiter an die Hülse 10 übergeben, die sich somit ebenfalls erwärmt. Aufgrund der thermischen Ausdehnung wird die Hülse 10 sich in Längsrichtung ausdehnen. Da der Wärmekoeffizient der Hülse 10 erfindungsgemäß größer ist als der Wärmekoeffizient des Bolzens 2, ist die thermische Ausdehnung der Hülse 10 stärker als die Ausdehnung des Bolzens 2. Dadurch wird der Flansch 9 durch die verstärkt wirkende Klemmkraft zwischen dem Widerlager 8 und dem Flansch 9 fester gegen die Brennkraftmaschine gedrückt. Somit wird ein Abklappen des Flansches 9 vermieden und die Kontaktfläche zwischen dem Flansch 9 und de Brennkraftmaschine 3 bleibt auch bei komplexeren Bauweisen des Abgaskrümmers gasdicht.
In 2 und in 3 sind weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Hülse 20 bzw. Hülse 30 dargestellt. Die Hülsen 20, 30 unterscheiden sich von der Hülse 10 aus 1 dadurch, dass an einem ersten, der Brennkraftmaschine 3 und/oder dem Flansch 9 zugewandten Ende 21, 31 eine größere Kontaktfläche als an einem zweiten, dem Widerlager 8 zugewandten Ende 22, 32 ausgebildet ist.
Bezugszeichenliste

1: Befestigunsverbund
2: Bolzen
3: Brennkraftmaschine
4: Erstes Ende des Bolzens 2
5: Schraubgewinde
6: Zweites Ende des Bolzens 2
7: Schraubkopf
8: Widerlager
9: Flansch eines Abgaskrümmers
10: Hülse
11: Erstes Ende der Hülse 10
12: Zweites Ende der Hülse 10
13: Lagerscheibe
20: Hülse
21: Erstes Ende der Hülse 20
22: Zweites Ende der Hülse 20
30: Hülse
31: Erstes Ende der Hülse 30
32: Zweites Ende der Hülse 30

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1450018 B1 [0002, 0003]

Claims

Befestigungsverbund (1) zum Befestigen eines Abgaskrümmers an einer Brennkraftmaschine (3) mit einem Bolzen (2), der ein erstes Ende (4) zum Befestigen mit der Brennkraftmaschine (3) und ein zweites Ende (6) mit einem Widerlager (8) aufweist, und mit einer Hülse (10, 20, 30), die einen Innendurchmesser aufweist, der größer ist als der Außendurchmesser des Bolzens (2), und die Hülse (10) zwischen dem Widerlager (8) und einem Flansch (9) des Abgaskrümmers eingeklemmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmeausdehnungskoeffizient eines Materials der Hülse (10) größer ist als ein Wärmeausdehnungskoeffizient eines Materials des Bolzens (2).
Befestigungsverbund (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (2) an seinem ersten Ende (4) ein Schraubgewinde (5) zur Schraubverbindung mit der Brennkraftmaschine (3) aufweist.
Befestigungsverbund (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerlager (8) mit dem zweiten Ende (6) des Bolzens (2) einstückig ausgebildet ist.
Befestigungsverbund (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (20, 30) an einem ersten, der Brennkraftmaschine (3) und/oder dem Flansch (9) zugewandten Ende (21, 31) mit einer größeren Kontaktfläche als an einem zweiten, dem Widerlager (8) zugewandten Ende (22, 32) ausgebildet ist.