-
Die Erfindung bezieht sich auf für eine Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine mit zumindest zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten Flanschplatten für jeweils mindestens ein Krümmerrohr. Die jeweilige Flanschplatte weist zumindest einen Durchlass für einen im Krümmerrohr geführten Abgasstrom und zumindest zwei neben dem Durchlass angeordnete, parallel zu einer Richtung X verlaufende Öffnungen mit jeweils einer Seitenwand, für jeweils einen einsetzbaren Befestigungsbolzen auf. Die Grundform der Flanschplatte ist durch die Öffnungen und den Durchlass vorgegeben, wobei im kalten Betriebszustand bis zu einer Temperatur T-kalt in jeder Flanschplatte zwischen der Seitenwand zumindest einer Öffnung und dem Befestigungsbolzen in den beiden rechtwinklig zur Richtung X verlaufenden Richtungen Y-zu und Y-auf zumindest ein radialer Abstand RA-kalt gebildet ist. Zudem weisen die beiden Flanschplatten relativ zueinander in Richtung Y zumindest einen definierten Abstand A-kalt auf, wobei der radiale Abstand RA-kalt in der jeweiligen Richtung Y-zu oder Y-auf größer oder gleich dem halben Abstand A-kalt ist.
-
Es ist bereits eine Abgasanlage mit einzelnen, in einer Richtung Y nebeneinander angeordneten, Flanschplatten gemäß dem Oberbegriff in der
DE 297 20 941 U1 beschrieben. Es ist anzunehmen, dass es auch bei dieser Abgasanlage, mit Erhöhung der Betriebstemperatur, zu einer Verschiebung der Flanschplatten kommt.
-
Die
DE 10 2006 017 213 A1 beschreibt im Zusammenhang mit einer Metalldichtung für gattungsgemäße Abgasanlagen Flansche mit Löchern, deren Durchmesser größer als der Durchmesser der Bolzen zum Befestigen der Flansche ist.
-
Die
US 6,189,895 B1 beschreibt Dichtungen für Krümmerflansche, die über Zwischenelemente dehnbar miteinander verbunden sind, damit sie sich im Betrieb des Motors relativ zueinander bewegen können.
-
In der
JP 7 247 836 (Abstract) ist ein gattungsgemäßer Sammelflansch beschrieben, bei dem der Abstand von jeweils zwei Flanschplatten kleiner ist als die Summe der Abstände von jeweils nur einem Loch der beiden Flanschplatten zum jeweiligen Befestigungsbolzen.
-
In der
DE 10 2007 053 929 A1 sind hinsichtlich einer einfacheren Montage Dehnbögen für benachbarte Flansche beschrieben.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abgasanlage derart auszubilden und anzuordnen, dass eine temperaturbedingte Verschiebung der Flanschplatten nicht zu erhöhtem Verschleiß führt und gleichzeitig eine exakte und einfache Justierung ermöglicht wird.
-
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass jeweils zwei Flanschplatten durch ein, in Richtung Y-zu oder Y-auf elastisches Element miteinander verbunden sind und der Abstand A-kalt durch das Element im Bereich zwischen 0,1 bis 2 mm einstellbar ist und dabei die Abstände A-kalt zwischen zumindest zwei Paaren von Flanschplatten unterschiedlich groß sind, wobei die Flanschplatten mit den Elementen und den Stegen ein einteiliges und materialidentisches Bauteil bilden. Eine präzise Einstellung des Abstandes A-kalt ist selbstverständlich nur in demontiertem Zustand des Sammelflansches möglich. Dadurch dass die beiden Flanschplatten relativ zueinander in Richtung Y einen definierten Abstand A-kalt aufweisen, kann der radiale Abstand RA-kalt in der jeweiligen, zur Richtung Y-zu entgegengesetzten Richtung Y-auf in Abhängigkeit einer temperaturbedingten relativen Bewegung der Flanschplatten zueinander derart bemessen werden, dass der Verschleiß minimiert wird. Ein Paar Flanschplatten bilden dabei jeweils zwei unmittelbar benachbarte Flanschplatten.
-
Die Abstände sind entlang einer der Geraden Y definiert, entlang derer zwei entgegengesetzte Richtungen Y möglich sind. Die Temperatur T-kalt bezieht sich auf die mittlere Temperatur Krümmerrohre der Abgasanlage im kalten Betriebszustand bei Raumtemperatur von 23°C. Die Temperatur T-warm bezieht sich auf eine Betriebstemperatur von mehreren 100°C.
-
Der Abstand „kalt” bezieht sich in erster Linie auf die Geometrie des Sammelflansches vor der Montage, d. h. bevor eine thermisch bedingte Verformung erfolgte. Die Flanschplatten bewegen sich in montiertem Zustand in Abhängigkeit der durch die Befestigungsbolzen erzeugten Vorspannung entweder aufeinander zu, sodass der Spalt zwischen den Flanschplatten „zu” geht oder voneinander weg, sodass der Spalt zwischen den Flanschplatten „auf” geht. Der jeweilige Abstand ist von der Bewegung in Richtung „auf” oder in Richtung „zu” abhängig. Je nach dem, auf welche Flanschplatte Bezug genommen wird, können sich demnach die Richtungen „auf” und „zu” unterscheiden, weil sich die Flanschplatten entgegengesetzt zueinander bewegen.
-
Es ist bei der Befestigung der Flanschplatten am Gehäuseteil mit von Bedeutung, wie fest die jeweilige Flanschplatte mit den entsprechenden Befestigungsbolzen fixiert beziehungsweise vorgespannt wird. Die Befestigungsbolzen werden beim Festschrauben elastisch gedehnt und spannen die Flanschplatte an das Gehäuseteil. Zwischen der Flanschplatte und dem Gehäuseteil kann ein separates Dichtungselement vorgesehen sein. Beim Erhitzen der Krümmerrohre dehnen diese sich fächerartig aus, sodass sich die Flanschplatten in der hier definierten Richtung y auseinander bewegen.
-
Durch die Erfindung wird erreicht, dass die Befestigung der Flanschplatten maximiert werden kann, ohne dass ein erhöhter Verschleiß auftritt. Wenn die Flanschplatten nämlich so fest wie möglich verschraubt werden, verschieben sich die Flanschplatten bei der Erhitzung durch die Krümmerrohre nicht oder nur sehr gering. Das heißt, die Krümmerrohre dehnen sich zwar aus während ihre Abmessungen größer werden, aber an der Position der Flanschplatten ändert sich im Gegensatz zu dem zuvor beschriebenen Beispiel nichts. Dies hat zur Folge, dass sich die Krümmerrohre teilweise auch plastisch verformen und nicht nur im elastischen Bereich beansprucht werden.
-
Wenn sich die Krümmerrohre nach dem Erhitzen wieder Abkühlen, lässt auch die Spannung der Befestigungsbolzen nach, die auch durch die Erhitzung elastisch verformt waren. Dadurch ist es möglich, dass sich die Flanschplatten mit den Krümmerrohren beim Abkühlen aufeinander zu bewegen und der Abstand A-kalt verkleinert wird. Der gegenüber dem ursprünglichen kalten Zustand verringerte Abstand A-kalt resultiert aus der plastischen Verformung der Krümmerrohre.
-
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Abstände werden keine formschlüssigen Scherkräfte auf die Befestigungsbolzen übertragen, die durch die Flanschplatten erzeugt würden, weil die Flanschplatten sich in der maßgebenden Richtung gegenseitig berühren und sich somit nicht weiter verschieben können, bevor die Befestigungsbolzen die Seitenwand berühren. Wäre nämlich der Abstand RA-kalt kleiner als der halbe Abstand A-kalt der Flanschplatten, dann würde die Flanschplatte beim Abkühlen mit der Seitenwand der Öffnung noch vor dem Anschlagen an eine benachbarte Flanschplatte an dem Befestigungsbolzen anschlagen und in Richtung Y einen Formschluss bilden und bei weiterer Abkühlung unmittelbar Scherkräfte übertragen.
-
Je nach Konstruktion des Krümmers, also Länge und Anordnung der einzelnen Krümmerrohre zum Sammelrohr, in das die einzelnen Krümmerrohre münden, bewegen sich die Enden der Krümmerrohre mit den Flanschplatten alle in die gleiche Richtung Y oder in die beiden entgegengesetzten Richtungen Y.
-
Für den Fall, dass eine von zwei benachbarten Flanschplatten durch einen passgenauen Befestigungsbolzen fixiert ist, ist es vorteilhaft, wenn der der radiale Abstand RA-kalt größer oder gleich dem gesamten Abstand A-kalt ist. In solchen Fällen kann es möglich sein, dass sich eine Flanschplatte aufgrund der Deformation der Krümmerrohre extrem verschiebt.
-
Bei der Darstellung der Erfindung wird idealisiert angenommen, dass sich jede Flanschplatte gegenüber ihrer benachbarten um das gleiche Maß verschiebt. In der Praxis sind die thermischen Verhältnisse ungleich, sodass der radiale Abstand RA-kalt für jede Bohrung separat in Abhängigkeit des Abstandes A-kalt dimensioniert werden muss. Jedoch entspricht die Summe der Abstände RA-kalt von zwei Bohrungen in benachbarten Flanschplatten in entsprechenden entgegengesetzten Richtungen dem Abstand A-kalt.
-
Grundsätzlich ist es von Vorteil, dass bezüglich der Richtung Y ein Durchmesser und die Position der Öffnung in Abhängigkeit des Temperaturverhaltens der Krümmerrohre und/oder in Abhängigkeit des Temperaturverhaltens der Flanschplatten sowie in Abhängigkeit eines Durchmessers des Befestigungsbolzens und der Position des Befestigungsbolzens in Richtung Y dimensioniert sind. Im kalten Betriebszustand, bei Temperaturen von ungefähr 23°C, ist eine einfache Montage zu gewährleisten, bei der nicht zuletzt aufgrund von Toleranzschwankungen entsprechendes Spiel zwischen der Seitenwand der Öffnung und dem Befestigungsbolzen gewährleistet sein muss.
-
Der Abstand A-kalt der beiden Flanschplatten beträgt bei einer Temperatur T-kalt bis 23 Grad Celsius, zwischen 0,2 mm und 2 mm, bevorzugt 0,8 mm. Durch die enge Anordnung der Flanschplatten nebeneinander wird erreicht, dass zwischen der Seitenwand und dem Befestigungsbolzen auch ein entsprechend geringerer Abstand RA-kalt ausreichend ist. Sobald die Flanschplatten in Richtung Y aneinander anliegen, ist eine Verkleinerung des radialen Abstands RA-kalt nicht mehr möglich.
-
Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn jeweils zwei unmittelbar benachbarte Flanschplatten bei unterschiedlichen Temperaturen T-kalt und T-warm einen gegenüber dem Abstand A-kalt um ein Maß M größeren Abstand A-warm aufweisen und der Durchmesser der Öffnung in Richtung Y mindestens um das Maß M größer ist als der in Richtung Y entsprechende Durchmesser des Befestigungsbolzens. Im einfachsten Falle wird die Öffnung als Bohrung ausgebildet und ist um das Maß M größer dimensioniert. Bei dieser Bauweise ist es jedoch erforderlich, den Kopf des Befestigungsbolzens entsprechend groß zu gestalten, was aufgrund relativ enger Bauraumverhältnisse nicht immer möglich ist.
-
Grundsätzlich würde jedoch bei Flanschplatten, die sich in entgegengesetzter Richtung Y verschieben, das halbe Maß M ausreichen, um der Öffnung die erfindungsgemäße Größe zu geben. Deshalb ist es besonders vorteilhaft, dass die Öffnung in Richtung Y als Langloch ausgebildet ist. Dadurch kann der Kopf des Befestigungsbolzens kleiner dimensioniert werden.
-
In beiden Fällen, bei einem Langloch und bei einer kreisrunden Bohrung, erfolgt eine Vergrößerung der Öffnung in dem Maß M, in dem sich die jeweilige Flanschplatte temperaturbedingt verschiebt. Innerhalb eines Krümmers mit mehreren Krümmerrohren werden sich die einzelnen Flanschplatten der Krümmerrohre beim Erwärmen und Abkühlen um unterschiedliche Maße M und teilweise auch in Richtung Y entgegengesetzt verschieben.
-
Zur Optimierung der Größe der Öffnung kann es von Vorteil sein, wenn die Öffnung in Bezug auf eine Mittelachse der Öffnung zumindest bis zu einer Temperatur T-kalt der Krümmerrohre außermittig zum Befestigungsbolzen positioniert ist. Dadurch wird erreicht, dass der radiale Abstand RA-kalt nur in dem Bereich der Öffnung vergrößert ist, in den der Befestigungsbolzen beim Verschieben der Flanschplatte verschoben würde. Damit wäre die Öffnung nur in einer Richtung Y vergrößert, hingegen nicht in die entgegengesetzte Richtung Y und auch nicht in Richtung der Mittelachse. Bei maximal befestigten Flanschplatten, die sich nicht verschieben können, wären dies relativ zu den Befestigungsbolzen exakt die entgegengesetzten Bereiche im Vergleich zu Flanschplatten, die sich beim Erhitzen verschieben können.
-
Dabei kann es vorteilhafterweise vorgesehen sein, wenn bei einem Krümmer mit mehreren Krümmerrohren die Durchmesser der Öffnungen für die Befestigungsbolzen der Flanschplatten in Richtung Y unterschiedlich groß sind.
-
Von besonderer Bedeutung ist die Definition des Anschlags für die Flanschplatten. Zwei nebeneinander liegende Flanschplatten weisen jeweils eine im Wesentlichen rechtwinklig zur Richtung Y ausgerichtete, seitliche Anlagefläche auf, über die der Abstand A-kalt der beiden Flanschplatten definiert ist. Dadurch wird ein definierter Anschlag und ein definiertes Mindestmaß für den radialen Abstand RA-kalt im kalten Betriebszustand und für den radialen Abstand RA-warm im warmen Betriebszustand erreicht.
-
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung ist es von Vorteil, wenn die Krümmerrohre als Krümmerschalen oder zweiwandig als Schalenkrümmer oder als einwandiger Krümmer ausgebildet sind.
-
Vorteilhaft kann es ferner sein, wenn eine oder beide Flanschplatten als Sammelflansch oder als Einzelflansch ausgebildet sind. Die thermisch bedingten Verschiebungen sind bei Einzelflanschen größer, jedoch ist bei Sammelflanschen die Belastung der Krümmerrohre aufgrund höherer thermischer Spannungen größer.
-
Außerdem kann es vorteilhaft sein, wenn die Flanschplatte an dem Krümmerrohr anliegt oder an dem Krümmerrohr angeschweißt oder angelötet ist. Bei geschweißten Krümmern liegt der Vorteil in der besseren Abdichtung, bei aufgeschobenen Flanschen, die lediglich am Krümmerrohr anliegen, ist eine einfachere Montage gewährleistet, weil die herstellungsbedingten Toleranzen besser ausgeglichen werden können.
-
Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn ein in die Öffnung einzusetzender Befestigungsbolzen vorgesehen ist, der als gehäuseseitiger Stehbolzen oder als Schraube ausgebildet ist. Gegenstand der Erfindung ist zunächst eine Anordnung von Krümmerrohr und Flanschplatte. In einem besonderen Ausführungsbeispiel umfasst diese Anordnung auch noch die passenden Befestigungsbolzen, die sonst üblich, durch den Motorenhersteller vorgegeben werden.
-
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigt:
-
1a eine Draufsicht auf einen Sammelflansch;
-
1b eine seitliche Schnittansicht gemäß 1a;
-
2a eine Prinzipskizze der Positionierung von vier Flanschplatten eines Krümmers einer Abgasanlage im kalten Betriebszustand T-kalt der Abgasanlage;
-
2b eine Prinzipskizze gemäß 1 im warmen Betriebszustand T-warm der Abgasanlage mit verschiebbaren Flanschplatten;
-
3 eine Prinzipskizze von zwei Flanschplatten vor dem Erhitzen bei Raumtemperatur T-kalt;
-
4a die beiden Flanschplatten gemäß 2a/b in verschiebbarer Variante nach Erhitzen bei Betriebstemperatur T-warm;
-
4b die beiden Flanschplatten gemäß 2a/b in nicht verschiebbarer Variante nach Abkühlung auf Raumtemperatur aneinander angeschlagen;
-
5 eine Prinzipskizze von zwei äußeren Flanschplatten von insgesamt vier in Reihe für ein nicht verschiebbares System mit asymmetrischen Öffnungen bei Raumtemperatur;
-
6a eine Prinzipskizze einer an einem Gehäuseteil befestigten Abgasanlage in einer Anordnung gemäß 2a/b bei Raumtemperatur mit nicht verschiebbaren Flanschplatten;
-
6b eine Prinzipskizze im warmen Betriebszustand bei T-warm mit unverändertem Abstand A-kalt;
-
6c eine Prinzipskizze im abgekühlten Betriebszustand aneinander angeschlagen mit einem Abstand A-kalt gleich Null.
-
Grundsätzlich ist zwischen verschiebbaren und nicht verschiebbaren Flanschplatten zu unterscheiden.
-
In 1a ist ein Sammelflansch 1 mit Blick auf die Dichtfläche der Flanschplatten 2a–2d dargestellt. Die Flanschplatten 2a–2d weisen jeweils zwei Öffnungen 5 auf, über die sie mit jeweils zwei Befestigungsbolzen 4 befestigt werden. Bei diesem Sammelflansch 1 ist die untere Öffnung 5 in der Flanschplatte 2a kleiner als alle übrigen sieben Öffnungen 5. Durch diese Öffnung 5 und den entsprechend passenden Befestigungsbolzen 4 ist der Sammelflansch 1 in allen Richtungen rechtwinklig zum Befestigungsbolzen 4 festgesetzt, wohin gegen die übrigen Öffnungen 5 aufgrund ihres zumindest teilweise größeren Durchmesser die nachstehend beschriebene temperaturbedingte Bewegung der anderen Flanschplatten 2b–d relativ zum Befestigungsbolzen 4 zulassen. Der bezüglich der 2a ff. näher beschriebene Abstand RA zwischen dem jeweiligen Befestigungsbolzen 4 und der Flanke der jeweiligen Öffnung 5 ist in 1a ohne näheres Bezugszeichen beispielhaft dargestellt.
-
Jeweils zwei benachbarte Flanschplatten 2a–2d sind über jeweils ein die beiden Flanschplatten 2a–2d verbindendes elastisches Element 3ab, 3ac, 3bd in Richtung der Y-Achse elastisch miteinander verbunden. Durch das Element 3ab, 3ac, 3bd kann vor der Montage des Sammelflansches 1 ein nachstehend näher erläuterter Abstand Ak zwischen jeweils zwei Flanschplatten 2a–2d eingestellt werden, durch den ein Spalt S gebildet wird. Hinsichtlich einer präzisen Einstellung und im Hinblick auf eine geometrische und konstruktiv vorteilhafte Ausgestaltung weist die jeweilige Flanschplatte 2a–2d ein oder zwei Stege 23a–d auf, die in Richtung Y über die ovale Grundform der Flanschplatten 2a–2d hinaus ragen. Die beiden jeweils parallel gegenüber stehenden Stege 23a–d bilden die in 1b bezifferten und nachstehend beschriebenen Anschlagflächen 22a–d in der jeweiligen Richtung Y-zu.
-
In den folgenden 2a bis 6c sind die elastischen Element 3ab, 3ac aus Gründen der besseren Übersicht nicht dargestellt, jedoch sind immer 2 benachbarte Flanschplatten 2a–2d über ein Element 3ab, 3ac, 3bd verbunden. Das Element 3ab, 3ac, 3bd hat auf die thermisch bedingte relative Bewegung der Flanschplatten 2a–2d keinen maßgeblichen Einfluss, jedoch können durch das Element 3ab, 3ac, 3bd die Flanschplatten 2a–2d im Montagezustand justiert werden.
-
In den 2a und 2b sind idealisiert thermisch bedingte Bewegung von Krümmerrohren 20a, 20b, 20c, 20d mit ihren verschiebbaren Flanschplatten 2a, 2b, 2c, 2d schemenhaft zur besseren Erläuterung übertrieben dargestellt. In dieser Darstellung kommt es nicht auf das später beschriebene Verhältnis der Abstände A-kalt oder A-warm zu anderen Abständen an. Ebenfalls nicht näher in den 2a ff. beschrieben ist die eine zum Befestigungsbolzen 4 passgenaue Öffnung 5 in einer der Flanschplatten (2a–2d) für die Justierung und Festsetzung des gesamten Sammelflansches in Richtung Y.
-
In der in 2a gezeigten Situation in kaltem Betriebszustand bei Raumtemperatur weisen die Flanschplatten 2a, 2b, 2c, 2d einem Abstand A-kalt zueinander auf. Die einzelnen Krümmerrohre 20a, 20b, 20c, 20d bilden in der Regel einen Sammelkrümmer, bei dem die einzelnen Krümmerrohre 20a, 20b, 20c, 20d in einen gemeinsamen Hauptstrang münden. Bei Erwärmung der Krümmerrohre 20a, 20b, 20c, 20d bewirkt eine thermische Spannung eine Veränderung der Geometrie des Sammelkrümmers. Die Krümmerrohre 20a, 20b, 20c, 20d bewegen sich gemäß 2b bezüglich einer mittleren Symmetrielinie 10 nach außen, sodass an den Flanschplatten 2a, 2b, 2c, 2d eine maximale Verschiebung festgestellt werden kann. Die in 2a dargestellten Flanschplatten 2a, 2b, 2c, 2d bewegen sich beim Erwärmen entsprechend der Pfeildarstellung bezüglich der Symmetrielinie 10 nach links und entgegengesetzt nach rechts. Der Abstand A-kalt vergrößert sich um das einfache oder doppelte Maß M in einer der beiden Richtungen Y, je nach Position der Flanschplatten 2a, 2b, 2c, 2d.
-
In Bezug auf die dargestellte Erfindung ist die Bewegung in Y-Richtung wesentlich, auch wenn sich die Krümmerrohre 20a, 20b, 20c, 20d temperaturbedingt auch in andere Richtungen verschieben, nicht zwangsläufig rechtwinklig zur Symmetrielinie 10 (4a ff.). In solchen Fällen können sich die Flanschplatten 2a, 2b, 2c, 2d auch auf Parallelen zu einer Richtung Y verschieben. Es wird in den Ausführungsbeispielen idealisiert davon ausgegangen, dass sich die Krümmerrohre 20a, 20b, 20c, 20d bezüglich der mittleren Symmetrielinie 10 einer Abgasanlage 1 symmetrisch in beide Richtungen Y nach außen bewegen. Für den Abstand A-kalt oder A-warm sowie für das Maß M zwischen den Flanschplatten 2a, 2b, 2c, 2d ist die Richtung Y maßgebend, in der sich die Flanschplatten 2a, 2b, 2c, 2d verschieben.
-
Es ist festzustellen, dass bei Erreichen der Betriebstemperatur von mehreren hundert Grad, sich die innen liegenden Querschnitte der Krümmerrohre 20a, 20b wie in 2b dargestellt, um ein aufgrund der thermischen Bewegungen erzeugtes Maß M und sich die beiden äußeren Querschnitte der Krümmerrohre 20c, 20d um das doppelte Maß M nach außen bewegen. Dies vorausgesetzt, dass die Flanschplatten 2a, 2b verschiebbar sind. Der Sammelkrümmer weitet sich also in beide Richtungen Y bei Erwärmung aus. Entsprechend bewegen sich die Krümmerrohre 20a, 20b, 20c, 20d beim Abkühlen des Sammelkrümmers, wie in 2b durch die Pfeile angedeutet, wieder aufeinander zu und erreichen die in 2a dargestellte Ausgangsposition.
-
Der Abstand A-kalt von jeweils zwei benachbarten Flanschplatten 2a, 2b beträgt bei Raumtemperatur oder bei einer Temperatur bis 50 Grad maximal 0,5 mm. Die beiden Flanschplatten 2a, 2b bewegen sich bei Temperaturzunahme bis hin zur Betriebstemperatur von mehreren hundert Grad Celsius in einer zur Richtung X rechtwinkligen Richtung Y auseinander.
-
Die in den 3 bis 4b dargestellten Situationen ergeben sich für zwei Flanschplatten 2a, 2b, die bezüglich der Symmetrielinie 10 unmittelbar gegenüberliegend angeordnet sind. Die Flanschplatten 2a, 2b weisen jeweils zwei Öffnungen 5 für jeweils einen Befestigungsbolzen 4 auf.
-
Die Befestigungsbolzen 4 verlaufen in einer in 6a bis 6c dargestellten Richtung X rechtwinklig zur Richtung Y und parallel zu den Befestigungsbolzen 4.
-
In 3 sind die Flanschplatten 2a, 2b nach der Montage bei Raumtemperatur dargestellt. Jede Flanschplatte 2a, 2b weist einen Durchlass 21a, 21b für das jeweilige Krümmerrohr 20a, 20b und jeweils zwei Öffnungen für jeweils einen Befestigungsbolzen 4 auf. Der Abstand A-kalt zwischen den Flanschplatten 2a, 2b und der Abstand RA-kalt des jeweiligen Befestigungsbolzens 4 zur Öffnung ist gegeben.
-
Die Flanschplatten 2a, 2b weisen Öffnungen 5 auf, über die die jeweilige Flanschplatte 2a, 2b mit zwei Befestigungsbolzen 4 an einem Gehäuseteil 6 (6a–6c) einer Verbrennungskraftmaschine befestigt wird. Die Befestigungsbolzen 4 sind in der Richtung X angeordnet, in der die Flanschplatten 2a, 2b an das Gehäuseteil 6 zur Anlage gebracht werden.
-
In 3 sind die Abmessungen der Öffnungen 5 und Befestigungsbolzen 4 im Detail dargestellt. Der Befestigungsbolzen 4 weist einen Durchmesser 40 auf, der kleiner ist als ein Durchmesser 51 der Öffnung 5. Dieses Beispiel entspricht der Situation gemäß 6a. Ausgehend von dieser Montagesituation gibt es zwei Möglichkeiten der Bewegung der Flanschplatten 2a, 2b, je nachdem wie fest die Flanschplatten 2a, 2b durch die Befestigungsbolzen 4 vorgespannt sind.
-
In 4a ist ausgehend von in 3 gezeigten Montagesituation die Variante eines Sammelflansches mit verschiebbaren Flanschplatten 2a, 2b nach dem Erhitzen auf Betriebstemperatur dargestellt.
-
In 4b ist die Situation für eine Variante mit maximal über die Befestigungsbolzen 4 vorgespannten Flanschplatten 2a, 2b nach dem Abkühlen dargestellt.
-
Gemäß 4a wurden die verschiebbaren Flanschplatten 2a, 2b mit Zunahme der Temperatur von Raumtemperatur T-kalt bis Betriebstemperatur T-warm aufgrund der thermischen Ausdehnung der Krümmerrohre 20a, 20b auseinander bewegt. Die Vorspannung der Flanschplatten 2a, 2b durch die Befestigungsbolzen 4 ist in diesem Fall nicht maximal.
-
Ein im kalten Betriebszustand radialer Abstand RA-kalt des Befestigungsbolzens 4 (3) zu der Seitenwand 50 der Öffnung 5 beträgt je nach Konstruktion und Dimension wenige Millimeter, meist zwischen 1 mm und 3 mm. Nach dem Erhitzen der Abgasanlage 1 im Krümmerbereich auf Betriebstemperatur verschieben sich die beiden Flanschplatten 2a, 2b aufgrund thermischer Spannungen in Richtung Y auseinander. Dies zur Folge, dass der Befestigungsbolzen 4 in Bezug zu der Mittelachse 52 der Bohrung 5 gegenüber der im kalten Betriebszustand mittigen Position im warmen Betriebszustand außermittig angeordnet ist.
-
Der Abstand A-warm (4a) im warmen Betriebszustand der beiden Flanschplatten 2a, 2b variiert je nach Konstruktion und Dimension zwischen mehreren Millimetern und mehreren Zentimetern. In dieser Situation, in der der Abstand A-warm sein größtes Maß M erreicht hat, ist durch den im kalten Betriebszustand ausreichend groß dimensionierten radialen Abstand RA-kalt gewährleistet, dass die jeweilige Flanschplatte 2a, 2b nicht mit der Seitenwand 50 der jeweiligen Öffnung 5 gegen den Befestigungsbolzen 4 anschlägt. Maßgebend ist der ursprüngliche radiale Abstand RA-kalt zwischen dem Befestigungsbolzen 4 und der Seitenwand 50 in Richtung Y, also in der Richtung, in der sich die Flanschplatten 5 verschieben. Die Richtung Y kann je nach Konstruktion des Krümmers von der in den Ausführungsbeispielen gezeigten idealisierten Darstellung abweichen. Nach dem Abkühlen der Abgasanlage 1 auf Raumtemperatur bewegen sich die beiden Flanschplatten 2a, 2b wieder in Y-Richtung aufeinander zu, sodass der Abstand A-kalt wieder auf ein Mindestmaß reduziert wird. Spätestens dann, wenn die beiden Flanschplatten 2a, 2b mit den Anlageflächen 22a, 22b aneinander anliegen, können sich die beiden Flanschplatten 2a, 2b nicht weiter aufeinander zu bewegen.
-
Grundsätzlich entspricht das Maß M, um das sich die beiden Flanschplatten 2a, 2b maximal auseinander oder zueinander bewegen können, der Differenz zwischen dem Abstand A-kalt bei Raumtemperatur und dem Abstand A-warm bei Betriebstemperatur T-warm. Erfindungsgemäß ist es zu gewährleisten, dass der radiale Abstand RA-kalt zwischen dem Befestigungsbolzen 4 und der Seitenwand 50 in Richtung Y auf der entsprechenden Seite des Befestigungsbolzens 4 bei Raumtemperatur mindestens der Hälfte des temperaturbedingten Maßes M entspricht, um das sich die jeweilige Flanschplatte 2a, 2b verschiebt. Das halbe Maß M ist deshalb ausreichend, weil sich die beiden Flanschplatten 2a, 2b entgegengesetzt voneinander wegbewegen, sodass sich das temperaturbedingte Maß M der Verschiebung durch die Addition der temperaturbedingten Verschiebungen der einzelnen Flanschplatten 2a, 2b ergibt. Nach dem Abkühlen bewegen sich die Flanschplatten 2a, 2b wieder in die Position gemäß 3, weil die geringe Vorspannung dies zulässt.
-
In dem Ausführungsbeispiel gemäß 4b nach Abkühlung sind die Flanschplatten 2a, 2b maximal vorgespannt und konnten ausgehend von 3 der thermischen Ausdehnung der Krümmerrohre 20a, 20b bis zur Betriebstemperatur T-warm Stand halten, jedoch fand die eingangs beschriebene plastische Verformung der Krümmerrohre 20a, 20b statt. Nach dem Abkühlen auf T-kalt hat sich die Vorspannung der Befestigungsbolzen 4 reduziert und die Flanschplatten 2a, 2b wurden wie in 4b dargestellt durch die plastisch verformten und deshalb schrumpfenden Krümmerrohre 20a, 20b aufeinander zu bewegt, wie es auch in 6c dargestellt ist.
-
Die dargestellten Flanschplatten 2a, 2b weisen jeweils eine zur Richtung Y rechtwinklig angeordnete Anlagefläche 22a, 22b auf, die je nach Ausgangssituation und temperaturbedingter Verformung auch gegeneinander anliegen können. Wie dargestellt ist, sind die beiden Flanschplatten 2a, 2b bei der Montage wenige Millimeter nebeneinander angeordnet. Bei der Variante verschiebbarer Flanschplatten 2a, 2b bewegen sie sich beim Erwärmen weiter auseinander. Bei der Variante nicht verschiebbarer Flanschplatten 2a, 2b bewegen sie sich beim Erwärmen aufgrund der Vorspannung zunächst nicht weiter auseinander und werden beim Abkühlen bis auf ein Maß von Null aneinander angenähert, sodass die beiden Flanschplatten 2a, 2b unmittelbar aneinander anliegen.
-
In der 5 ist eine der beiden außen liegenden Flanschplatten 2c mit einem Durchlass 21c neben der benachbarten Flanschplatte 2a dargestellt. Beide Flanschplatten 2a, 2c weisen zwei in Richtung Y vergrößerten Öffnungen 5 auf. Der Befestigungsbolzen 4 ist in kaltem Betriebszustand außermittig in Richtung Y an einer Seitenwand 50 der Bohrung 5 anliegend angeordnet und wandert bei Erwärmung auf die entgegengesetzte Seite des Langlochs 5. Der Abstand RA-kalt der jeweiligen Flanschplatte 2c ist an die innere beziehungsweise äußere Position des Sammelkrümmers angepasst, da sich die äußere Flanschplatte 2c mehr bewegen wird als die innere Flanschplatte 2 (2a–b). Der radiale Abstand RA-kalt des Befestigungsbolzens 4 zur Seitenwand 50 der Öffnung 5 ist bis zu doppelt so groß, um die Bewegung zu kompensieren.
-
Die 6a bis 6c zeigen die thermisch bedingte Bewegung von Flanschplatten 2a, 2b, die über die Befestigungsbolzen 4 maximal vorgespannt sind. In 6a ist eine Prinzipskizze einer Abgasanlage 1 bei Raumtemperatur schematisch dargestellt. Die beiden Krümmerrohre 20a, 20b sind über die jeweilige Flanschplatte 2a, 2b an einem Gehäuseteil 6 einer nicht dargestellten Verbrennungskraftmaschine befestigt. Hierzu sind die beiden Flanschplatten 2a, 2b über jeweils zwei Befestigungsbolzen 4 an dem Gehäuseteil 6 verschraubt. Die Befestigungsbolzen 4 verlaufen durch entsprechende Öffnungen 5 der beiden Flanschplatten 2a, 2b. Zwischen die Flanschplatten 2a, 2b und dem Gehäuseteil 6 ist ein Dichtungselement 9 eingebracht. Die beiden Flanschplatten 2a, 2b weisen bezüglich den beiden Anlageflächen 22a, 22b einen Abstand A-kalt auf.
-
6b ist die Situation aufgrund der nicht verschiebbaren Flanschplatten 2a, 2b und der thermisch verformten Krümmerrohre 20a, 20b bei Betriebstemperatur T-warm gezeigt. Die teilweise plastische Verformung der Krümmerrohre 20a, 20b ist durch Wölbungen dargestellt. Der Abstand A-warm entspricht etwa dem Abstand A-warm gemäß 6a, da die Flanschplatten 2a, 2b maximal vorgespannt sind und sich nicht verschieben.
-
6c zeigt die Situation in diesem Prozess nach Abkühlung von T-warm auf T-kalt, bei der die beiden Flanschplatten 2a, 2b aneinander anschlagen und der Abstand A-kalt gegenüber 6a nicht mehr gegeben ist. Ausgehend von der Situation bei Raumtemperatur, in der die beiden Flanschplatten 2a, 2b beabstandet sind, ist zu erkennen, dass der radiale Abstand RA-kalt zwischen den Befestigungsbolzen 4 und der jeweiligen Seitenwand 50 in jeweils eine der beiden möglichen Richtungen Y auf ein Minimum reduziert ist. Dabei wird der Befestigungsbolzen 4 jedoch nicht durch die Seitenwand 50 der Öffnung 5 berührt oder beeinflusst. Würde der erfindungsgemäße Abstand zwischen der Seitenwand 50 und dem Befestigungsbolzen 4 nicht eingehalten werden, würde der Befestigungsbolzen 4 Schärkräfte der jeweiligen Flanschplatte 2a, 2b aufnehmen müssen und verkanten, sodass eine Demontage nicht oder nur sehr schwer möglich wäre. Der in der jeweiligen Öffnung 5 jeweils gegenüberliegende radiale Abstand RA-kalt ist entsprechend vergrößert.
-
Maßgebend ist die erfindungsgemäße Ausbildung für Flanschplatten 2a, 2b, die maximal vorgespannt sind für die Neumontage von Flanschplatten 2a, 2b, weil sich die Krümmerrohre 20a, 20b beim ersten Erhitzen auf Betriebstemperatur am meisten plastisch verformen.
