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Die Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung mit einem Motorblock, einem Abgaskrümmer und einem Anschlussflansch, dessen erste Flanschfläche am Motorblock befestigt ist und an dessen zweiter Flanschfläche der Abgaskrümmer befestigt ist, wobei im Anschlussflansch mindestens ein von einem Kühlmittel durchströmter Kühlmittelkanal ausgebildet ist.
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In modernen Verbrennungsmotoren werden üblicherweise Katalysatoren verwendet, um den Schadstoffgehalt im Abgas zu reduzieren. Da Katalysatoren erst ab einer bestimmten Betriebstemperatur ihren optimalen Wirkungsgrad erreichen, wird versucht, diese möglichst nah am Abgasauslass des Motorblocks anzuordnen, so dass das heiße Abgas den Katalysator möglichst schnell auf seine optimale Betriebstemperatur erwärmt. Da aber bei Volllast die Gefahr besteht, den Katalysator zu überhitzen, werden Vorrichtungen entwickelt, um dem Abgas über den gesamten Weg zwischen dem Motorblock und dem Katalysator Wärme entziehen zu können. Dabei ist die Wärmeübertragung zwischen Kühlmittel und Abgas um so effektiver desto höher die Temperaturdifferenz zwischen Kühlmittel und Abgas ist also desto näher die Kühlung am Abgasauslass des Motorblocks stattfindet.
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In der
DE 103 01 438 A1 wird ein flüssigkeitsgekühlter Anschlussflansch offenbart der einerseits mit dem Abgasauslass des Motorblocks und anderseits mit dem Abgaskrümmer verbunden ist.
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Durch die konstruktionsbedingt vorgegebenen Abgasauslässe im Motorblock ist die für die Verbindung mit dem Abgasstrang zur Verfügung stehende Flanschfläche des Motorblocks begrenzt. Hinzu kommt die im Motorraum eingeschränkte Bewegungsfähigkeit bei der Montage. Somit ergibt sich das Problem den Abgaskrümmer, insbesondere eine gekühlte Ausführungsform einfach am Motorblock befestigen zu können.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist darin zu sehen, einen gekühlten Anschlussflansch zu schaffen, der eine einfache Montage eines Abgaskrümmers ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Anschlussflansch ein erstes Lochbild mit Durchgangslöchern aufweist, durch die Schrauben gesteckt sind, über welche der Anschlussflansch am Motorblock befestigt ist und ein zweites Lochbild mit Löchern aufweist, in die Schrauben gedreht oder gesteckt sind, über welche der Abgaskrümmer am Anschlussflansch befestigt ist, wobei der Umfang des ersten Lochbildes kleiner ist als der Umfang des zweiten Lochbildes. Dadurch ist es leicht möglich trotz eingeschränkter Platzverhältnisse zuerst den flachen Anschlussflansch am Motorblock durch Schrauben, die durch die Durchgangslöcher des ersten Lochbildes gesteckt und im Motorblock verschraubt werden, zu befestigen, und danach den Abgaskrümmer, der durch seine abgasführenden Rohrteile eine gewisse Größe hat und dadurch auch einen vergrößerten Lochabstand (erfordert), am Anschlussflansch zu befestigen, wobei durch die Vergrößerung des zweiten Lochbildes eine einfache Erreichbarkeit der Verschraubungskomponenten und damit eine vereinfachte Montage der gesamten Befestigungsanordnung gewährleistet ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht der Anschlussflansch aus Aluminium oder einer Aluminium-Legierung. Das hat den Vorteil, dass das Ausdehnungsverhalten des Flansches dem des Motorblocks und des Abgaskrümmers entspricht und dadurch spannungsbedingte Brüche durch unterschiedliche thermische Ausdehnung vermieden werden.
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In einer weiterführenden bevorzugten Variante weist der Anschlussflansch Kühlmittelkanäle auf, die gegossen oder gebohrt sind und deren Enden mit Stopfen verschlossen sind. Eine solche Ausführungsform lässt sich besonders gut im Niederdruckgießverfahren herstellen. Das ermöglicht die einfache und kostengünstige Herstellung und Abdichtung von Kühlmittelkanälen.
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In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform besteht der Anschlussflansch aus Kupfer oder einer Kupfer-Legierung. Kupfer leitet sehr gut Wärme und leitet somit die beim Verbrennungsprozess entstehende Wärme schneller ab. Ein weiterer Vorteil ist, dass Kupfer ein im Vergleich zu Aluminium weicheres Material ist und dadurch gute abdichtende Eigenschaften aufweist.
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In einer weiterführenden bevorzugten Ausführungsform weist der Anschlussflansch einen galvanischen Überzug auf. Durch diesen Nickel- oder Kupferüberzug werden die Aluminium-Teile vor Korrosion geschützt. Vorzugsweise besteht der Anschlussflansch aus zwei geprägten Schalen, die dicht miteinander verbunden sind. Das hat den Vorteil, dass das Prägen der Schalen sehr kostengünstig ist.
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In einer weiterführenden bevorzugten Ausgestaltung sind die Schalen miteinander verschweißt oder hartgelötet, so dass eine dauerhaft dichte Verbindung der zwei Teilschalen des Anschlussflansches entsteht.
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In einer hiervon weiterführenden Ausführungsform sind durch die Prägung in mindestens einer der beiden Schalen Teilkanäle der Kühlmittelkanäle gebildet. Das hat den Vorteil, dass kostengünstig verzweigte/komplexe Kühlmittelverläufe realisiert werden können.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind mindestens auf einer der Flanschflächen Dichtflächen ausgebildet. Dadurch kann auf das Bearbeiten der gesamten Flanschfläche verzichtet werden, so dass Herstellungskosten eingespart werden.
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In einer weiterführenden bevorzugten Ausführungsform sind auf den Dichtflächen Dichtrippen ausgebildet. Hierdurch wird die Dichtfähigkeit der Dichtflächen erhöht, so dass auf eine separate Dichtung verzichtet werden kann.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind die Gewindelöcher als Sacklöcher ausgebildet. Das hat den Vorteil, dass zu weit eingeschraubte Schrauben nicht den Motorblock beschädigen können.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind in den Gewinde- oder Sacklöchern Stiftschrauben angeordnet, über welche der Abgaskrümmer am Anschlussflansch befestigt ist. Das hat den Vorteil, dass der Abgaskrümmer einfacher am Anschlussflansch befestigt werden kann.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung sind an den Flanschflächen mindestens ein Zulauf und ein Ablauf für das Kühlmittel ausgebildet. Hierdurch kann das Kühlmittel durch einen Wärmetauscher geleitet werden, wodurch die Kühlmitteltemperatur verringert werden kann. In einer weiterführenden Variante ist der mindestens eine Zulauf und der mindestens ein Ablauf direkt mit zumindest den im Motorblock oder den im Abgaskrümmer ausgebildeten Kühlmittelkanäle verbunden. Das hat den Vorteil, dass die Kühlung des Anschlussflansches in den Kühlkreislauf des Motors integriert werden kann. Durch die direkte Verbindung der Kühlmittelkanäle kann auf zusätzliche Zu- und Ableitungen verzichtet werden.
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Somit wird eine Befestigungsanordnung geschaffen, die eine extrem leichte Montage ermöglicht und gleichzeitig einen hohen Kühlwirkungsgrad und eine hervorragende Dichtwirkung aufweist.
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Weitere wesentliche Merkmale und bevorzugte Ausführungsformen werden im Folgenden anhand der Figuren beschrieben.
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1 zeigt eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen, einteiligen Anschlussflansches aus Aluminium oder einer Aluminium enthaltenden Legierung in dreidimensionaler Darstellung.
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2 zeigt die Unteransicht eines erfindungsgemäßen, einteiligen Anschlussflansches aus Aluminium oder einer Aluminium enthaltenden Legierung in dreidimensionaler Darstellung.
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3 zeigt eine dreidimensionale, parallel zu den Flanschflächen durch die Kühlmittelkanäle geschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen, einteiligen Anschlussflansches aus Aluminium oder einer Aluminium enthaltenden Legierung.
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4 zeigt die Draufsicht in dreidimensionaler Darstellung eines erfindungsgemäßen, einteiligen Anschlussflansches aus Kupfer oder einer Kupfer enthaltenden Legierung.
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5 zeigt die Unteransicht in dreidimensionaler Darstellung eines erfindungsgemäßen, einteiligen Anschlussflansches aus Kupfer oder einer Kupfer enthaltenden Legierung.
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6 zeigt eine dreidimensionale, senkrecht zu den Flanschflächen geschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen, zweiteiligen Anschlussflansches aus Kupfer oder einer Kupfer enthaltenden Legierung.
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7 zeigt eine dreidimensionale, teilgeschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen, zweiteiligen Anschlussflansches aus Kupfer oder einer Kupfer enthaltenden Legierung.
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In den 1 bis 3 ist ein erfindungsgemäßer Anschlussflansch 10 dargestellt, welcher eine motorblockseitige Flanschfläche 12 und eine abgaskrümmerseitige Flanschfläche 14 aufweist, über welche der Anschlussflansch 10 mit dem nicht dargestellten Motorblock und dem nicht dargestellten Abgaskrümmer dicht verbunden ist. Auf der motorblockseitigen Flanschfläche 12 sind vorstehende bearbeitete Dichtflächen 16 ausgebildet, die die sechs Abgaskanäle 18 umschließen, durch die das zu kühlende Abgas vom Motorblock zum Abgaskrümmer strömt.
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Die abgaskrümmerseitige Flanschfläche 14 wirkt als Dichtfläche beim Anbau des Abgaskrümmers.
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Auf den Dichtflächen 16 und der Flanschfläche 14 ist um jeden Abgaskanal herum jeweils mindestens eine Dichtrippe 19 erhaben ausgebildet.
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Neben den sechs Abgaskanälen 18 sind jeweils mindestens zwei Durchgangslöcher 20 durch den Anschlussflansch 10 ausgebildet. Diese zwölf Durchgangslöcher 20 weisen Absätze 22 auf, auf denen Schraubenköpfe nicht dargestellter Zylinderschrauben aufliegen die durch den Anschlussflansch 10 in entsprechende Gewindelöcher oder mit Gewinden versehene Sacklöcher des Motorblocks geschraubt werden, um den Anschlussflansch 10 mit dem Motorblock dicht zu verbinden. Durch die Absätze 22 werden die Schraubenköpfe versenkt, so dass diese die Flanschfläche 14 nicht überragen.
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Wie in 2 zu sehen ist, sind an der abgaskrümmerseitigen Flanschfläche 14 ein Zulauf 28 und ein Ablauf 30 für das Kühlmittel ausgebildet.
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Wie in der geschnittenen Darstellung in 3 zu erkennen ist, sind parallel zu den Flanschflächen 12 und 14 Kühlmittelkanäle 32 gebohrt, die an ihren Austritten mit Stopfen 34 verschlossen sind. Der Zulauf 28 und der Ablauf 30 sind mit den Kühlmittelkanälen 32 fluidisch verbunden, wobei die Kühlmittelkanäle 32 derart angeordnet sind, dass das Kühlmittel durch den Zulauf 28 in die Kühlmittelkanäle 32 strömt, die Kühlmittelkanäle 32 im Anschlussflansch 10 durchströmt und das Kühlmittel durch den Ablauf 30 den Anschlussflansch 10 wieder verlässt. Neben dem durch die Position der zwölf Durchgangslöcher 20 definierten Lochbild weist der Anschlussflansch 10 zwölf Gewindelöcher 36 auf, die jeweils in einer Linie mit den zwei gegenüberliegenden Durchgangslöchern 20, aber weiter außen angeordnet sind. In die Gewindelöcher 36 werden nicht dargestellte Schrauben gedreht die den Abgaskrümmer dicht mit dem Anschlussflansch 10 verbinden.
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Konstruktionsbedingt weist ein Abgaskrümmer immer abgasführende Rohrteile auf, die mindestens denselben Durchmesser wie die Abgasauslässe im Motorblock haben. Dadurch ergeben sich sowohl bei einer direkten Verbindung des Abgaskrümmers mit dem Motorblock als auch bei einer Verbindung über einen Anschlussflansch erhebliche Probleme eine leicht zugängliche Verschraubung an dem vorgegebenen Lochbild am Motorblock zu realisieren. Durch die Vergrößerung der Lochabstände erweitert sich der zur Verschraubung des Abgaskrümmers am Anschlussflansch 10 verfügbare Platz.
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Dadurch kann die Position der Gewindelöcher 36 so gewählt werden, dass die Gewindelöcher 36 einen ausreichenden Abstand von den Abgaskanälen 18 haben, so dass Schrauben zur Befestigung des Abgaskrümmers leicht in die Gewindelöcher 36 eingeführt und verschraubt werden können, wodurch ein einfaches Anbringen des Auspuffkrümmers trotz eingeschränkter räumlicher Verhältnisse im Motorraum ermöglicht wird.
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Zur Montage eines erfindungsgemäßen Anschlussflansches 10 am Motorblock einerseits sowie am Abgaskrümmer andererseits wird zuerst mit jeweils zwei Zylinderschrauben pro Abgaskanal 18, die durch die korrespondierenden Durchgangslöcher 20 gesteckt werden, der Anschlussflansch 10 mit dem Motorblock verschraubt, wobei die Dichtrippen 19 eine fluiddichte Verbindung gewährleisten, wodurch auf zusätzliche, separate Dichtungen verzichtet werden kann und die Absätze 22 in den Durchgangslöchern 20 ein Versenken der zwölf Schraubenköpfe ermöglichen. Danach wird der Abgaskrümmer mit zwölf nicht dargestellten Schrauben, die in die weiter auseinanderliegenden und dadurch leicht zugänglichen Gewindelöcher 36 geschraubt werden fluiddicht mit dem Anschlussflansch verbunden.
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Der Anschlussflansch 10 wird von heißem Abgas, welches vom Motorblock kommt und durch die Abgaskanäle 18 in den Abgaskrümmer strömt erwärmt. Durch den Zulauf 28 fließt das Kühlmittel, in der Regel in einem geschlossenen Kühlmittelkreislauf, in die Kühlmittelkanäle 32 und durchströmt den Anschlussflansch 10 bis es diesen am Ablauf 30 wieder verlässt, wobei es aufgrund seiner niedrigeren Temperatur dem Anschlussflansch und damit auch dem Abgas Wärme entzieht.
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In den 4 bis 7 ist ein erfindungsgemäßer zweiteiliger Anschlussflansch aus zwei geprägten und zum Schutz gegen Korrosion galvanisierten Kupferschalenhälften 37 und 38 zu sehen, wobei im Folgenden für gleich wirkende Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Wie in 7 zu sehen ist, weisen die Kupferschalenhälften 37 und 38 jeweils geprägte Teilkanäle 40 der Kühlmittelkanäle 42 auf, die durch Hartlöten der beiden Schalenhälften 37 und 38 abgedichtet werden und einen geschlossenen Kühlmittelweg definieren. Der Zulauf 28 und der Ablauf 30 sind wie bei der einteiligen Variante ausgebildet und fluidisch dicht mit den Kühlmittelkanälen 42 verbunden. Durch das Prägen der Teilkanäle 40 der Kühlmittelkanäle 42 wird im Gegensatz zum Bohren und Verstopfen bei der einteiligen, zuvor beschriebenen Ausführungsform hier eine komplexere Gestaltung der Kühlmittelkanäle 42 ermöglicht, wodurch eine homogenere Kühlung des Flansches 10 ermöglicht wird.
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In 6 erkennt man in den Durchgangslöchern 20 mit den Absätzen 22 Zylinderschrauben 45 mittels derer der Anschlussflansch 10 mit dem Motorblock verschraubt ist.
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Desweiteren erkennt man die Durchgangslöcher 39 und 41 durch die Zylinderschrauben 48 zur Befestigung des Abgaskrümmers gesteckt sind. Die Durchgangslöcher 41 weisen Absätze 44 auf, auf denen Schraubenköpfe 46 von Zylinderschrauben 48 aufliegen. Dadurch sind die Schraubenköpfe 46 versenkt, so dass diese die Flanschfläche 12 nicht überragen.
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Alternativ können die Durchgangslöcher 41 auch als Sacklöcher mit Gewinde ausgebildet sein, wobei anstelle der Zylinderschrauben 48 Stiftschrauben verwendet werden müssten. Dabei entfielen die Absätze 44.
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Durch die Verwendung der Zylinderschrauben 48 wird ein vereinfachtes Verschrauben des Abgaskrümmers mithilfe von nicht dargestellten Muttern am Anschlussflansch 10 ermöglicht, da die Zylinderschrauben 48 als Führung bei der Positionierung während der Montage des Abgaskrümmers genutzt werden können. Die Zylinderschrauben sind vorher gegen ein Mitdrehen zu sichern.
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Entsprechend zum einteiligen Anschlussflansch wird die Position der Durchgangslöcher 39 und 41 so gewählt, dass die Zylinderschrauben 48o beim Verschrauben des Anschlussflansches 10 mit dem Abgaskrümmer mithilfe von Muttern einfach zugänglich sind. Es ist auch denkbar, die Durchgangslöcher 39 und 41 und damit die Zylinderschrauben 48 asymmetrisch anzuordnen, falls die Montierbarkeit hierdurch verbessert werden kann.
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Wie im ersten Ausführungsbeispiel wird der Anschlussflansch 10 mit dem Motorblock verbunden. Zur Befestigung des Abgaskrümmers am Anschlussflansch 10 wird der Abgaskrümmer mit seinen Befestigungslöchern über die Zylinderschrauben 48 geschoben und danach mit Muttern verschraubt.
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Die Kühlung des Anschlussflansches 10 erfolgt wie im ersten Ausführungsbeispiel.
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Somit ergibt sich ein einfach zu montierender Anschlussflansch 10, der zugleich ein sehr einfaches Montieren des Auspuffkrümmers ermöglicht, dabei dem Abgas und den thermisch hochbelasteten Dichtflächen von Motorblock und Abgaskrümmer Wärme entzieht und durch seine Dichtrippen 19 die Nutzung zusätzlicher Dichtungen überflüssig macht. Die einteilige Ausführungsform ist einfach und kostengünstig herzustellen und aufgrund ihrer Materialeigenschaften spannungsvermindernd. Die zweiteilige Ausführungsform ist durch das Prägen der Schalenhälften 37 und 38 ebenso kostengünstig herzustellen und verfügt aufgrund des verwendeten Materials über sehr gute Dicht- und Wärmeleiteigenschaften.
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Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich der vorliegenden Anmeldung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist.
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Denkbar wäre es auch, den Kühlmittelkreislauf des Anschlussflansches mit dem Kühlmittelkreislauf des Verbrennungsmotors zu verbinden, wodurch auf einen separaten Wärmetauscher verzichtet werden könnte.
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Denkbar wäre es ebenso, den Zulauf 28 und Ablauf 30 an der motorblockseitigen Flanschfläche 12 anzuordnen und diese direkt mit dem Ablauf und dem Zulauf des Kühlmittelkreislaufs des Motorblocks zu verbinden, was ebenso platzsparend wie materialsparend wäre.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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