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Die Erfindung betrifft eine Anschlussverbindung zwischen einem flexiblen Leitungsteil aus Metall und einem Anschlussteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Verbinden eines flexiblen Leitungsteils aus Metall mit einem Anschlussteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
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Das im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendete flexible Leitungsteil umfasst mindestens einen ringgewellten oder helixförmig gewellten flexiblen Abschnitt und einen in Richtung zur Anschlussverbindung an den flexiblen Abschnitt angrenzenden, nicht gewellten Abschnitt zum Ansetzen eines Montagewerkzeugs. Zum Herstellen der Anschlussverbindung verfügt das flexible Leitungsteil über ein sich zu dessen Ende hin konisch erweiterndes Anschlussbord, das auf eine sich zum flexiblen Leitungsteil hin entsprechend verjüngende kegelstumpfförmige Schräge des Anschlussteils aufgesetzt und an diesem durch Verschweißen stoffschlüssig festgelegt wird.
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Eine solche Anschlussverbindung ist aus der
WO 2009/056220 A1 bekannt und wird insbesondere in Abgasanlagen für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor verwendet, und dort insbesondere zum Herstellen einer gasdichten und hitzebeständigen Verbindung zwischen dem Auspuffkrümmer des Verbrennungsmotors als Anschlussteil und einem diesen mit den übrigen Teilen der Abgasanlage verbindenden flexiblen Leitungsteil, welches insbesondere Relativbewegungen zwischen dem Verbrennungsmotor und der Abgasanlage ermöglichen soll.
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Der Stand der Technik nach der
WO 2009/056220 A1 stellt eine Verbindungstechnik zwischen einem solchen flexiblen Leitungsteil und einem solchen Anschlussteil für den speziellen Fall zur Verfügung, dass das Anschlussteil kohlenstoffhaltig ist und insbesondere, wie bei Auspuffkrümmern üblich, aus Gusseisen besteht. Diese bekannte Verbindungstechnik schafft eine Anschlussverbindung, die gasdicht, temperaturstabil und haltbar ist sowie gleichzeitig gegenüber anderen bekannten Lösungen, wie etwa V-Schellen-Verbindungen, weniger Einbauraum benötigt. Hierzu wird das sich konisch erweiternde Anschlussbord des flexiblen Leitungsteils auf die kegelstumpfförmige Schräge des Anschlussteils aufgesetzt. Dies erfolgt mittels eines Montagewerkzeugs, das am nichtgewellten Abschnitt des flexiblen Leitungsteils angreift und das Anschlussbord mit axialen Montagekräften auf die kegelstumpfförmige Schräge des Anschlussteils aufsetzt, so dass sich eine Verpressung ergibt und die beiden Bauteile so provisorisch aneinander festgelegt bzw. geheftet sind. Die dauerhafte Verbindung der beiden Bauteile erfolgt dann mittels Verschweißen, so dass das Anschlussbord und die kegelstumpfförmige Schräge des Anschlussteils stoffschlüssig aneinander festgelegt werden.
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Insbesondere bei der Anwendung einer Anschlussverbindung der eingangs genannten Art in der Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor, und dort typischerweise am Auslass des Auspuffkrümmers, ist der Bauraum äußerst knapp und sollte hauptsächlich für die Unterbringung von möglichst vielen Wellungen des flexiblen Leitungsteils genutzt werden. Das Problem des knappen Bauraums betrifft allerdings nicht nur diesen Anwendungsfall und insbesondere nicht nur den Anschluss von flexiblen Leitungsteilen an kohlenstoffhaltige Anschlussteile, sondern viele andere Anwendungen, in denen ein flexibles Leitungsteil in der eingangs genannten Art an einem Anschlussteil festgelegt werden muss.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anschlussverbindung und ein Verfahren zum Verbinden eines flexiblen Leitungsteils aus Metall mit einem Anschlussteil mit den eingangs genannten Merkmalen zu schaffen, bei der bzw. mit dem der benötigte Bauraum nochmals reduziert ist.
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Gelöst ist diese Aufgabe durch eine Anschlussverbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anschlussverbindung finden sich in den Ansprüchen 2 bis 5; vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 7 bis 10 niedergelegt.
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Die vorliegende Erfindung beseitigt damit ein im Stand der Technikvorhandenes Problem, das sich dadurch ergibt, dass das Anschlussbord des flexiblen Leitungsteils mit solchen axialen Montagekräften auf die kegelstumpfförmige Schräge des Anschlussteils gepresst werden muss, dass diese beiden Bauteile aneinander verpresst sind, um die nachfolgende Verschweißung zu ermöglichen. Um die erforderlichen axialen Montagekräfte aufbringen zu können, muss das flexible Leitungsteil einen nicht gewellten Abschnitt aufweisen, an dem ein entsprechendes Montagewerkzeug angesetzt werden kann. Der Bauraum dieses nichtgewellten Abschnitts ist insofern verloren, als dieser Abschnitt nichts pur flexiblen Eigenschaft des flexiblen Leitungsteils beitragen kann und bei fest vorgegebenem Bauraum insofern die Anzahl der möglichen Wellungen des flexiblen Leitungsteils nachteilig verringert.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass dieser notwendige nichtgewellte Abschnitt des flexiblen Leitungsteils zwar für die Länge des gewellten Abschnitts desselben verloren ist, dass jedoch auch das Anschlussbord keine Wellungen aufweist und insofern zum Ansetzen des Montagewerkzeugs geeignet sein kann. Hierzu kommt die erfinderische Erkenntnis, dass die konische Form des Anschlussbords das Ansetzen eines Montagewerkzeugs nicht verhindert, zumal der Öffnungswinkel des Anschlussbords normalerweise nur wenige Winkelgrade, typischerweise etwa 3° beträgt, die ausreichen, um das Anschlussbord auf die entsprechende Schräge des Anschlussteils aufschieben und mittels axialer Montagekräfte dort verpressen zu können. Somit kann der Anschlussbord gleichzeitig die Funktion des nichtgewellten Abschnitts zum Ansetzen eines Montagewerkzeugs übernehmen bzw. der nichtgewellte Abschnitt konisch ausgebildet werden, um als Anschlussbord fungieren zu können. Durch diese erfindungsgemäße Doppelfunktion kann, wie unmittelbar einleuchtet, in signifikantem Maß Bauraum für die Anschlussverbindung eingespart werden.
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Damit das Montagewerkzeug hohe axiale Montagekräfte auf das flexible Leitungsteil ausüben kann, ist es bevorzugt, das flexible Leitungsteil zu seinem Ende hin mit einer Auskragung zur Aufnahme der axialen Montagekräfte zu versehen, wobei diese Auskragung zweckmäßigerweise an den nichtgewellten Abschnitt angrenzt. Die Auskragung ermöglicht, die axialen Montagekräfte im wesentlichen mittels Formschluss auf das flexible Leitungsteil zu übertragen, was die für die Herstellung der Schweißnaht erforderliche Verpressung zwischen dem Anschlussbord und der kegelstumpfförmigen Schräge des Anschlussteils vereinfacht.
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Die genannte Auskragung wird besonders bevorzugt durch ein V-Bord oder durch eine Wellung des flexiblen Leitungsteils gebildet. In beiden Fällen kann dann nämlich als Montagewerkzeug zur Herstellung der Anschlussverbindung bzw. zur Vorbereitung der Verschweißung ein Werkzeug verwendet werden, das nicht speziell für diesen Fall angefertigt werden muss, sondern für andere Aufgaben beim Handling von flexiblen Leitungsteilen bereits verwendet wird. Im ersteren Fall ist dies ein Bord-Werkzeug zum Ansetzen eines V-Bords, um beispielsweise eine V-Schellen-Verbindung herzustellen; im letzteren Fall ist dies ein Wellenwerkzeug.
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Weitere Vorteile ergeben sich, wenn die Auskragung, die vorzugsweise als V-Bord oder als Wellung ausgebildet ist, nach dem Verpressen und Verschweißen abgetrennt wird, beispielsweise indem ein zum Verschweißen verwendeter Laser als Trennwerkzeug fungiert. Auch durch diese Maßnahme wird zusätzlich Bauraum eingespart.
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Insofern die Auskragung des flexiblen Leitungsteils aus einer Wellung besteht, kann vorgesehen sein, dass das Anschlussteil an seine kegelstumpfförmige Schräge angrenzend eine Schulter aufweist, gegen die die Wellung gedrückt wird, und an der die Wellung axial zusammengedrückt wird. Dies ermöglicht eine definierte Begrenzung der axialen Montagekräfte, ohne diese Kräfte aufwändig regeln zu müssen oder das Montagewerkzeug speziell für die Verpressung zur Vorbereitung der Verschweißung konstruieren zu müssen, damit es nicht etwa zu hohe axiale Montagekräfte auf das flexible Leitungsteil ausübt.
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Ein Ausführungsbeispiel für den Erfindungsgegenstand wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
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1 eine teilgeschnittene schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäß ausgestalteten Anschlussverbindung;
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2 das Detail Y aus 1;
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3 eine teilgeschnitte schematische Seitenansicht einer anderen erfindungsgemäß ausgestalteten Anschlussverbindung;
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4 das Detail Y aus 3.
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Das in 1 in einer teilgeschnittenen Seitenansicht dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgestalteten Anschlussverbindung umfasst ein flexibles Leitungsteil 1 und zwei Anschlussteile 2, wobei es sich um ein flexibles Element in einer Abgasleitung eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors zur Aufnahme von Lastwechselbewegungen, Wärmeausdehnungen und ähnlichem handelt. Das flexible Leitungsteil 1 ist aus Edelstahl gefertigt und umfasst einen flexiblen Abschnitt 3, der ringgewellt ausgebildet ist; dies ist durch den Kreis X symbolisch angedeutet. Dieser ringgewellte flexible Abschnitt 3 setzt sich zu den beiden Enden des flexiblen Leitungsteils 1 hin in jeweils einen nicht gewellten Abschnitt 4 fort, der schließlich in eine Auskragung 5 übergeht, die vorliegend als V-Bord ausgebildet ist.
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Die Anschlussteile 2 sind vorliegend als Flammschutzrohre ausgebildet und ragen insofern in das Innere des flexiblen Abschnitts 3 des flexiblen Leitungsteils 1 hinein, um die Strömung der heißen Abgase zu führen und die Wellungen des flexiblen Leitungsteils vor allzu großer Hitze zu schützen. Wie 2, eine Darstellung des Details Y aus 1, besser verdeutlicht, ist der nichtgewellte Abschnitt 4 des flexiblen Leitungsteils 1 gleichzeitig als Anschlussbord 7 ausgebildet, das mittels einer Schweißnaht 6 am Anschlussteil 2 stoffschlüssig festgelegt ist. Der nichtgewellte Abschnitt 4 bzw. das Anschlussbord 7 weist hierzu eine Konizität mit einem Öffnungswinkel von ca. 3° auf, während das Anschlussteil 2 in diesem Abschnitt eine sich zum flexiblen Leitungsteil 1 hin verjüngende, kegelstumpfförmige Schräge 8 aufweist, die ebenfalls in einem Winkel von ca. 3° zur Längsachse verläuft.
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Wie wiederum anhand 1 am Besten zu sehen ist, kann das flexible Leitungsteil 1 als Vorbereitung zur Herstellung der Schweißnaht 6 auf die Schräge 8 des Anschlussteils 2 aufgeschoben werden, indem ein herkömmliches (nicht dargestelltes) Bord-Werkzeug am nichtgewellten Abschnitt 4 angesetzt wird. Dieses übt dann mit Hilfe der V-Bord-förmigen Auskragung 5 axiale Montagekräfte auf das flexible Leitungsteil 1 aus, so dass dieses, unterstützt durch die konische Ausformung des nichtgewellten Abschnitts 4 und die Schräge 8 des Anschlussteils 2, auf das Anschlussteil 2 aufgeschoben wird, bis sich eine Verpressung zwischen dem Anschlussbord 7 und der Schräge 8 einstellt. Diese Verpressung legt das flexible Leitungsteil 1 vorübergehend am Anschlussteil 2 fest, so dass das Montagewerkzeug entfernt und die Schweißnaht 6 hergestellt werden kann.
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An das Montagewerkzeug werden hierbei keine besonderen Anforderungen gestellt, insbesondere hinsichtlich der axialen Montagekräfte, die dieses ausübt. Diese Montagekräfte müssen genügend groß sein, um die Verpressung zwischen dem Anschlussbord 7 und der Schräge 8 des Anschlussteils 2 herstellen zu können, jedoch gibt es nach oben zunächst keine notwendige Begrenzung der Montagekräfte, da diese in dem Moment, in dem die gewollte Verpressung entsteht, durch das Auftreffen der Auskragung 5 auf eine Anlagefläche 9 des Anschlussteils 2 vom Anschlussteil 2 dort aufgenommen werden.
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Wie ein Vergleich des in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels mit dem bisherigen Stand der Technik verdeutlicht, ist der für die erfindungsgemäße Anschlussverbindung benötigte Bauraum deutlich verringert, so dass bei vorgegebener Länge des flexiblen Leitungsteils 1 mehr Wellungen bzw. ein längerer flexibler Abschnitt 3 realisiert werden kann, was die Beweglichkeit des flexiblen Leitungsteils 1 vorteilhaft erhöht und die Lebensdauer der Anschlussverbindung verlängert.
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Das Ausführungsbeispiel, das in den 3 und 4 dargestellt ist, unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel der 1 und 2 lediglich durch die andere Ausgestaltung der Auskragung 5 des flexiblen Leitungsteils 1 sowie der entsprechend unterschiedlichen Ausgestaltung der Anlagefläche 9 des Anschlussteils 2. Dementsprechend sind gleiche Elemente wie im ersten Ausführungsbeispiel mit jeweils denselben Bezugszeichen versehen, und es wird insoweit auf die Beschreibung der 1 und 2 verwiesen.
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Bei dem in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die an den nichtgewellten Abschnitt 4 des flexiblen Leitungsteils 1 angrenzende Auskragung 5 durch eine zusammengedrückte Welle des flexiblen Leitungsteils 1 gebildet. Diese Welle ist beim Herstellen der Verpressung zwischen dem Anschlussbord 7 und der Schräge 8 gegen die Anlagefläche 9 des Anschlussteils 2 gedrückt und dort zu einem Bördel axial zusammengedrückt worden. Auch diese Maßnahme ermöglicht, dass ein übliches Werkzeug, nämlich ein Wellen-Werkzeug, zum Aufschieben des flexiblen Leitungsteils 1 auf das Anschlussteil 2 verwendet werden kann, ohne eine spezielle Begrenzung der von diesem ausgeübten axialen Montagekräfte vorsehen zu müssen. Denn sobald der in den 3 und 4 dargestellte Bördel 5 durch Zusammendrücken der entsprechenden endständigen Welle hergestellt ist, nimmt die Anlagefläche 9 des Anschlussteils 2 die axialen Montagekräfte auf, so dass das Anschlussbord 7 von diesem entlastet wird und sich eine selbsttätige Begrenzung der Verpresskräfte einstellt.
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Wie der Fachmann ohne weiteres erkennen wird, ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Anschlussverbindung und des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht auf die Anwendung eines flexiblen Leitungsteils in einer Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor beschränkt, sondern die vorliegende Erfindung ist überall dort einsetzbar, wo ein flexibles Leitungsteil mit einem Anschlussteil stoffschlüssig verbunden werden soll und hierfür möglichst wenig Bauraum in Anspruch genommen werden soll bzw. der verfügbare Bauraum begrenzt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2009/056220 A1 [0003, 0004]
