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Die Erfindung bezieht sich auf eine Befestigungseinrichtung zur Befestigung eines Krümmerteils an einem Gehäuseteil.
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Gattungsgemäße Befestigungseinrichtungen finden zur Befestigung von Einlasskrümmern an einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors Anwendung. Herkömmliche Befestigungseinrichtungen weisen mehrere im Wesentlichen parallel zueinander angeordnete Spannschrauben bzw. Bolzen auf. Die Spannschrauben bzw. Bolzen benötigen jeweils eine in den Zylinderkopf hineinragende Bohrung. Bei der Konstruktion des Zylinderkopfes müssen diese Bohrungen berücksichtigt werden, insbesondere hinsichtlich ihrer Tragfähigkeit. Die Spannschrauben müssen bei der Montage verspannt werden, was zusätzliche Zeit in Anspruch nimmt.
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Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Befestigungseinrichtung mit einem vereinfachten und montagefreundlicheren Aufbau vorzusehen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche. Diese können in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der Zeichnung, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
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Vorgesehen ist demgemäß eine Befestigungseinrichtung zur Befestigung mindestens eines Krümmerteils an einen Gehäuseteil einer Energiewandlungsmaschine, wobei das Gehäuseteil aufweist:
- – eine flächige Einlassstirnseite,
- – eine erste Flanschseite, und
- – eine zweite Flanschseite,
und wobei der Krümmerteil aufweist: - – eine an der flächigen Einlassstirnseite anlegbare Krümmerstirnseite,
- – einen an der ersten Flanschseite anlegbarer Haltebereich,
- – einen an der zweiten Flanschsseite anlegbaren, verschiebbaren Spannkeil, wobei eine Verschiebung des Spannkeils bewirkt, dass die Krümmerstirnseite auf die Einlassstirnseite gedrückt wird.
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Bei dem Krümmerteil kann es sich um einen Einlasskrümmer für eine Energiewandlungsmaschine, insbesondere einen Verbrennungsmotor handeln. Bei dem Gehäuseteil kann es sich um einen Zylinderkopf des Verbrennungsmotors handeln. In der flächigen Einlassstirnseite können zu Einlassventilen führende Eingangskanäle angeordnet sein. Die erste Flanschseite ist so ausgestaltet, dass der Haltebereich daran anordbar ist. Vorzugsweise ist die erste Flanschseite hierfür bezüglich der Einlassstirnseite hinterschnitten bzw. um einen Winkel von mehr als 270° abgeneigt. Die zweite Flanschseite kann ebenfalls bezüglich der Einlassstirnseite um eine Winkel von mehr als 270° abgeneigt ausgestaltet sein. Diese Ausgestaltung kann in einer sogenannten Schwalbenschwanzbearbeitung hergestellt werden. In einer Erstreckungsrichtung ist die zweite Flanschseite jedoch korrespondierend zu dem Spannkeil angewinkelt ausgeführt. Zur Befestigung wird zunächst das Krümmerteil mit seiner Krümmerstirnseite an die Einlassstirnseite herangeführt werden, so dass der Haltebereich an der ersten Flanschseite zum Anliegen kommt. Anschließend wird der Spannkeil an der zweiten Flanschseite so verspannt, dass er sich gegen die zweite Flanschseite andrückt. Dabei zieht der Spannkeil den am Krümmerteil angeordneten Flansch auf die Einlassstirnseite am Gehäuseteil bzw. am Zylinderkopf. Die zahlreichen Handgriffe, welche zum Anziehen mehrerer Spannschrauben erforderlich wären, entfallen. Eine Zugänglichkeit der Befestigungsteile (Zum Beispiel von Schrauben und Bolzen) sowie hierfür erforderliche Werkzeug-Freiräume zwischen den Krümmerkanälen müssen nicht mehr berücksichtigt werden. Die Montage kann in wenigen Handgriffen erfolgen.
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Die Befestigungseinrichtung erfordert keine in den Zylinderkopf hineinragenden Bohrungen, so dass der hierfür notwendige Bauraum für Kühlleitungen und dergleichen zur Verfügung steht. Dadurch kann die Kühlung der Energiewandlungsmaschine verbessert werden.
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Der Einlasskrümmer kann ferner frei nach oben, unten, links, oder rechts bei der Konstruktion ausgelegt werden, ohne dass Schraubenfreigängigkeiten berücksichtigt werden müssen, während die Krümmerkanäle nicht mehr verschlungen um die Freiräume herumkonstruiert werden müssen und einfacher strömungsoptimiert gestaltet werden können. Der Einlasskrümmer wird kompakter. Eine bessere Luftströmung in den Krümmerkanälen verbessert die Gesamtleistung des Motors bei niedrigerem Kraftstoffverbrauch und besseren Schadstoffemissionen.
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Entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Befestigungseinrichtung eine Spanneinrichtung auf, mit der der Spannkeil verschoben werden kann. Die Spanneinrichtung ist dazu ausgestaltet, bei Betätigung den Spannkeil einseitig mit einer Kraft zu beaufschlagen und ihn in der verspannten Position zu halten. Dadurch, dass die Spanneinrichtung orthogonal zu einer Ebene, in der die Hauptbelastung der Befestigungseinrichtung wirkt, ist die aufzubringende Kraft und die im Betrieb herrschende Belastung auf die Spanneinrichtung verhältnismäßig gering. Die Befestigungseinrichtung kann somit mit nur einer Spanneinrichtung verspannt werden, die gut zugänglich im Motorraum positioniert werden kann. Dadurch wird die Montage weiter vereinfacht.
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Entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Spanneinrichtung aus einer an dem Krümmerteil angeordneten und auf den Spannkeil wirkenden Spannschraube gebildet. Bei der Spannschraube kann es sich um eine Standardschraube handeln, so dass hierfür nur verhältnismäßig geringe Kosten anfallen. Durch einfaches Anziehen der Spannschraube drückt diese den Spannkeil in Richtung einer Verspannungsrichtung. Zur Bereitstellung der Spanneinrichtung ist somit lediglich ein mit der Erstreckungsrichtung des Spannkeils fluchtendes Innengewinde, beispielsweise an dem Krümmerteil erforderlich.
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In einer möglichen, vorteilhaften Ausgestaltung ist die Spannschraube in einer Innengewindehülse angeordnet. Eine derartige Innengewindehülse kann aus Metall gefertigt sein, um örtlich die Stabilität der Spannvorrichtung zu erhöhen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Krümmerteil einen mit einer an dem Gehäuseteil angeordneten Anschlagsfläche zusammenwirkenden Anschlag auf. Der Anschlag dient zur Ausrichtung des Krümmerteils an dem Gehäuseteil. Dadurch kann das Krümmerteil vor dem Verspannen definiert ausgerichtet werden, so dass die Krümmerkanäle positionsgenau über den Eingangskanälen liegen.
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Entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Haltebereich aus einer an dem Krümmerteil angeordneten Längsnut und einem sich über die Länge des Flansches erstreckenden, in die Längsnut einlegbaren Haltebalken gebildet. Der Haltebalken kann dadurch aus einem anderen Material bestehen als der Krümmerteil. Beispielsweise kann der Haltebalken aus Kunststoff oder Metall gefertigt werden. Auf diese Weise kann ein solider und formbeständiger Haltebalken bereitgestellt werden. Vorzugsweise ist der Haltebalken in einer zu dem Haltebereich parallelen Erstreckungsrichtung gerade ausgestaltet.
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Vorzugsweise läuft der Haltebalken in einer von der Stirnseite abweisenden Richtung keilförmig zu. Er kann somit an einem von der Stirnseite abgewinkelt angeordneten ersten Flanschseite angelegt werden und im verspannten Zustand eine Haltekraft auf die Flanschsseite übertragen.
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Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform läuft der Spannkeil in einer Erstreckungsrichtung keilförmig zu. Die Erstreckungsrichtung verläuft dabei parallel zu der Richtung, in welcher der Spannkeil beim Verspannen der Spanneinrichtung kraftbeaufschlagt bzw. gehalten wird.
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Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Spannkeil Ausnehmungen auf. An den Ausnehmungen überträgt der Spannkeil zumindest reduzierte Kräfte auf die zweite Flanschseite, so dass in benachbarten Bereichen die Kräfte umso größer werden. Dadurch kann eine Befestigungseinrichtung bereitgestellt werden, bei welcher ein Anpressdruck zwischen dem Krümmerteil und der Einlassstirnseite an dem Zylinderkopf bereichsweise variabel ausgelegt werden kann.
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Bei dieser Ausgestaltung können die Aussparungen in Bereichen unterhalb von zwischen benachbarten Eingangskanälen befindlichen Zwischenbereichen angeordnet werden. Insbesondere in den Bereichen, in denen die Krümmerkanäle flächig an die Eingangskanäle gedrückt werden, wird durch diese Ausgestaltung die Anpresskraft örtlich im Bereich Berührung der Eingangskanäle mit den Krümmerkanälen erhöht. Dadurch kann eine Verbindung der Krümmerkanäle mit den Eingangskanäle mit einer hohen Dichtigkeit erzielt werden kann.
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Vorzugsweise ist zur weiteren Verbesserung der Dichtigkeit an dem Krümmerteil an dem flächigen Flansch eine die Krümmerkanäle umgebende Dichtungsnut angeordnet, in welche ein Dichtungselement einlegbar ist.
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Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Dichtungsnuten mehrerer nebeneinander angeordneter Eingangskanäle über Stege miteinander verbunden. In die so verbundenen Dichtungsnuten kann ein einstückiges Dichtungselement eingelegt werden. Zur Montage des Dichtungselements ist somit lediglich ein Handgriff notwendig.
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Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1: schematisch einen Teil eines Zylinderkopfes mit einer Einlassstirnfläche und drei darin angeordneten, zu der Stirnfläche offenen Eingangskanälen,
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2: schematisch einen Einlasskrümmer, welcher über eine Befestigungseinrichtung auf den in 1 dargestellten Zylinderkopf befestigt werden kann,
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3: schematisch in einer perspektivischen Explosionsdarstellung Teile einer Befestigungseinrichtung mit einem Einlasskrümmer, einen Haltebalken, einem Spannkeil und einem Dichtungselement,
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4: schematisch eine perspektivischen Explosionsdarstellung Teile einer Befestigungseinrichtung mit einem alternativ ausgestalteten Spannkeil, welcher Ausnehmungen aufweist,
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5: eine Schnittdarstellung durch einen Bereich eines Zylinderkopfes mit einem daran angeordneten Einlasskrümmer, und
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6: einen in der 5 mit einem „B” gekennzeichneten Bereich in einer vergrößerten Detailansicht.
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In den Figuren sind gleiche oder funktional gleichwirkende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung einen Teil eines Zylinderkopfes 1 (bzw. eines Gehäuseteils) für einen in der Zeichnung nicht dargestellten Verbrennungsmotor. Der Zylinderkopf 1 weist drei nebeneinander angeordnete, beabstandete Einlasskanäle 2 auf. Die Einlasskanäle 2 münden in eine flächige Einlassstirnseite 3. Oberhalb der Einlassstirnseite 3 ist eine erste Flanschseite 4 angeordnet. Unterhalb der Einlassstirnseite 3 ist eine zweite Flanschseite 5 vorgesehen. Die erste und die zweite Flanschseite 4 und 5 sind bezüglich der Einlassstirnseite 3 in einer sogenannten Schwalbenschwanzbearbeitung winkelig abgeneigt, insbesondere um mehr als 270°. Auf diese Weise können die Flanschseiten 4 und 5 umklammert werden und es kann eine auf die Einlassstirnseite 3 wirkende Anpresskraft aufgebaut werden.
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An dem Zylinderkopf 1 bzw. an dessen Einlassstirnseite 3 ist ein in 2 schematisch dargestellter Einlasskrümmer 6 (bzw. ein Krümmerteil) anbringbar. Der Einlasskrümmer 6 sorgt für eine fluidleitende Verbindung der Einlasskanäle 2 mit einem nicht dargestellten Ansaugtrakt. Hierfür weist der Einlasskrümmer 6 einen Anschlussflansch 7 auf, welcher beispielsweise auf einen Teil eines nicht dargestellten Ansaugtraktes aufgeschraubt werden kann. Der Einlasskrümmer 6 ist aus einer unteren Gehäusehälfte 8 und einer oberen Gehäusehälfte 9 gebildet. Die Gehäusehälften 8 und 9 können aus Kunststoff oder einem anderen Material gefertigt sein. In seinem nicht dargestellten Inneren weist der Einlasskrümmer 6 eine fluidleitende Verbindung zwischen in der 2 nach vorne links geöffneten Krümmerkanälen 10 und einer Anschlussflanschöffnung 11 auf. Es können weitere, nicht dargestellte Öffnungen an dem Einlasskrümmer 6 vorhanden sein, beispielsweise für einen Bremskraftverstärker oder dergleichen. Die Krümmerkanäle 10 münden ihrerseits in eine flächige Krümmerstirnseite 12. Die Krümmerstirnseite 12 ist an der Einlassstirnseite 3 anbringbar, wobei im montierten Zustand die Krümmerkanäle 10 über den Einlasskanälen 2 liegen.
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Der Einlasskrümmer 6 weist ferner ein die Krümmerkanäle 10 umlaufende Dichtungsnut 13 auf, in welche ein Dichtungselement 14 einlegbar ist. Das Dichtungselement 14 kann aus einem nachgiebigen Material, beispielsweise Gummi oder Kautschuk gebildet sein. Das Dichtungselement 14 weist Segmente 15 auf, welche die Krümmerkanäle 10 umgeben. Die Segmente 15 sind über Stege miteinander verbunden. Entsprechend ist auch die Dichtungsnut 13 zur Aufnahme der Segmente 15 und der Stege 16 ausgestaltet. Die Dichtungsnut 13 ist dabei etwas weniger tief ausgestaltet als das Dichtungselement 14 in Y-Richtung breit ist, so dass dieses bei der Montage geringfügig gestaucht wird. Dadurch wird eine gasdichte Verbindung zwischen den Einlasskanälen 2 (siehe 1) und den Krümmerkanälen 10 bereitgestellt.
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3 zeigt ferner einen ersten Haltebereich 17 sowie einen daran anordbaren Haltebalken 18. Der Haltebereich 17 weist eine Längsnut 26 auf, welche den Haltebalken 18 in Y-Richtung formschlüssig umgreift (siehe hierzu 6). Der Haltebalken 18 läuft in der Y, Z-Ebene keilförmig entgegen der Y-Richtung zu, in X-Richtung ist der Haltebalken 18 im Wesentlichen gerade. Unten weist der Einlasskrümmer 6 einen zweiten Haltebereich 19 auf, welcher entgegengesetzt der X-Richtung in seiner Höhe zunimmt (siehe 6). Ein in dem zweiten Haltebereich 19 anordbarer Spannkeil 20 läuft in X-Richtung keilförmig zu. Der Spannkeil 20 kann in eine in dem Haltebereich 19 angeordnete Längsnut 26 eingelegt werden, so dass eine in Z-Richtung oben an dem Spannkeil 20 vorgesehene Kante 21 gerade ist. Die Kante 21 läuft hingegen in Y-Richtung keilförmig zu. Der Spannkeil 20 bzw. dessen Kante 21 korrespondiert zu der unten angeordneten zweiten Flanschseite 5 (siehe 1). Mittels einer rechts angeordneten Spannschraube 22 kann der Spannkeil 20 in X-Richtung gedrückt werden, so dass er sich in der Y, Z-Ebene gegen die zweite Flanschseite 5 andrückt. Die Spannschraube 22 ist dabei in einer aus der unteren Gehäusehälfte 8 hervorstehenden und einstückig mit der unteren Gehäusehälfte 8 verbundenen Hülse 23 angeordnet. Die Hülse 23 weist dabei eine gewisse Länge auf, so dass die Spannschraube 22 in der Hülse stabil geführt ist und eine verhältnismäßig hohe Kraft auf den Spannkeil 20 übertragen kann. Vorzugsweise ist innerhalb der Hülse 23 eine Innengewindehülse 24 aus Metall angeordnet, um die in X-Richtung aufbringbare Spannkraft zu erhöhen.
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4 zeigt im Wesentlichen die im Zusammenhang mit der 3 beschriebenen Bauteile. Bei der dargestellten Ausführungsform weist der Spannkeil 20 jedoch Ausnehmungen 25 auf, welche die in der Y, Z-Ebene wirkenden Kräfte örtlich herabsetzt, so dass sie in den übrigen Bereichen des Spannkeils 20 umso größer werden. Vorzugsweise sind die Ausnehmungen 25 in X-Richtung etwa unterhalb der Stege 16 an Zwischenbereichen 29 zwischen benachbarten Einlasskanälen 2 bzw. den Krümmerkanälen 10 angeordnet. Durch die örtliche Erhöhung der Kräfte in der Y, Z-Ebene wird auch die Anpresskraft des Einlasskrümmers 6 auf die Einlassstirnseite 3 erhöht. Dadurch kann dort, wo höhere Druckunterschiede zu erwarten sind, eine erhöhte Dichtigkeit erreicht werden.
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5 zeigt schematisch eine Schnittansicht der in den 3 und 4 mit einem „A” gekennzeichneten Ebenen, jedoch im zusammengebauten Zustand mit dem an dem Zylinderkopf 1 Einlasskrümmer 6. Durch das Verspannen der Befestigungseinrichtung wird der Einlasskrümmer 6 in negativer Y-Richtung an die Einlassstirnseite 3 angepresst.
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Es wird eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Zylinderkopf 1 und dem Einlasskrümmer 6 hergestellt.
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Der Einlasskrümmer 6 wird an dem Zylinderkopf montiert, indem zunächst der Haltebalken 18 in die Längsnut 26 an dem ersten Haltebereich 17 und der Spannkeil 20 in die Längsnut 26 an dem zweiten Haltebereich 19 eingelegt werden. Nun wird der Einlasskrümmer 6 mit dem Zylinderkopf 1 in Anlage gebracht. Der Einlasskrümmer 6 weist zur Ausrichtung auf dem Zylinderkopf und zur Zentrierung der Einlasskanäle 2 mit den Krümmerkanälen 10 einen auf der Seite der Spannschraube 22 angeordneten Anschlag 27 auf. Der Anschlag 27 gelangt mit einer Anschlagsfläche 28 am Zylinderkopf 1 in Anlage.
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6 zeigt einen in 5 mit „B” gekennzeichneten Bereich in einer vergrößerten Ansicht. An der ersten Flanschseite 4 herrscht im verspannten Zustand eine erste Kraft F1, an der zweiten Flanschseite 5 herrscht im verspannten Zustand eine zweite Kraft F2. Die Kräfte F1 und F2 heben stehen im Kräftegleichgewicht mit der Anpresskraft FA, mit welcher der Einlasskrümmer 6 auf die Einlassstirnseite 3 gedrückt wird. Bedingt durch Verformungen im Einlasskrümmer 6 ist die Kraft FA in der X, Z-Ebene nicht notwendigerweise gleichmäßig über die Einlassstirnseite 3 verteilt. Durch die in 4 dargestellten Ausnehmungen 25 in dem Spannkeil 20 kann eine ungleichmäßige Verteilung der Anpresskraft FA genutzt werden, um örtlich um die Einlasskanäle 2 eine erhöhte Stauchung des Dichtungselements 14 zu erreichen.
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Der zweite Haltebereich 19 mit dem Spannkeil und dementsprechend auch die Spannschraube 22 können auch oben an dem Einlasskrümmer 6, also mit der ersten Flanschseite 4 zusammenwirkend angeordnet werden. die Spannschraube 22 kann auch so ausgestaltet sein, dass sie an dem Spannkeil 20 ziehen kann, um eine Demontage zu erleichtern oder bei einer umgekehrten Steigung des Spannkeils 20 den Spannkeil 20 verspannen zu können.
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Gleichwohl in der vorangegangenen Beschreibung einige mögliche Ausführungen der Erfindung offenbart wurden, versteht es sich, dass zahlreiche weitere Varianten von Ausführungen durch Kombinationsmöglichkeiten aller genannten und ferner aller dem Fachmann naheliegenden technischen Merkmale und Ausführungsformen existieren. Es versteht sich ferner, dass die Ausführungsbeispiele lediglich als Beispiele zu verstehen sind, die den Schutzbereich, die Anwendbarkeit und die Konfiguration in keiner Weise beschränken. Vielmehr möchte die vorangegangene Beschreibung dem Fachmann einen geeigneten Weg aufzeigen, um zumindest eine beispielhafte Ausführungsform zu realisieren. Es versteht sich, dass bei einer beispielhaften Ausführungsform zahlreiche Änderungen bezüglich Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne den in den Ansprüchen offenbarten Schutzbereich und dessen Äquivalente zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zylinderkopf
- 2
- Einlasskanal
- 3
- Einlassstirnseite
- 4
- erste Flanschsseite
- 5
- zweite Flanschsseite
- 6
- Einlasskrümmer
- 7
- Anschlussflansch
- 8
- untere Gehäusehälfte
- 9
- obere Gehäusehälfte
- 10
- Krümmerkanal
- 11
- Anschlussflanschöffnung
- 12
- Krümmerstirnseite
- 13
- Dichtungsnut
- 14
- Dichtungselement
- 15
- Segmente
- 16
- Stege
- 17
- erster Haltebereich
- 18
- Haltebalken
- 19
- zweiter Haltebereich
- 20
- Spannkeil
- 21
- Kante
- 22
- Spannschraube
- 23
- Hülse
- 24
- Innengewindehülse
- 25
- Ausnehmungen
- 26
- Längsnut
- 27
- Anschlag
- 28
- Anschlagsfläche
- 29
- Zwischenbereich
