DE102012011609A1

DE102012011609A1 - Supporting element i.e. sliding strip, for fastening exhaust gas manifold at combustion engine of motor car, has contact surfaces including specific angle with one another, where one of surfaces is inclined relative to other surface

Info

Publication number: DE102012011609A1
Application number: DE201210011609
Authority: DE
Inventors: Bastian Brückers; Werner Engelin
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2012-06-12
Filing date: 2012-06-12
Publication date: 2012-11-29

Abstract

The element (19) has a contact surface (21) for attachment at a force application surface of an attachment element i.e. screw, and another second contact surface (23) for attachment at a support surface of an exhaust gas manifold (1). The two contact surfaces include an angle with one another, where the angle is different from 0 degree. The two contact surfaces include two angles with a fastening axle, respectively and exhibit different friction co-efficients. One of the contact surfaces is inclined relative to the other contact surface by a non-cutting knurling tool.

Description

Die Erfindung betrifft ein Unterlegelement zur Befestigung eines Abgaskrümmers an einem Verbrennungsmotor gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, einen Abgaskrümmer gemäß Oberbegriff des Anspruchs 9, sowie einen Verbrennungsmotor gemäß Oberbegriff des Anspruchs 10.The invention relates to a shim for attaching an exhaust manifold to an internal combustion engine according to the preamble of claim 1, an exhaust manifold according to the preamble of claim 9, and an internal combustion engine according to the preamble of claim 10.

Unterlegelemente, Abgaskrümmer sowie Verbrennungsmotoren der hier angesprochenen Art sind bekannt. Abgaskrümmer, auch Auspuffkrümmer genannt, werden typischerweise als Gussteile hergestellt. Ein solcher Abgaskrümmer weist Flansche auf, mit denen er an einem Verbrennungsmotor, insbesondere im Bereich eines Zylinderkopfs, vorzugsweise mithilfe einer Schraubverbindung befestigt wird. Dabei ist an einem Befestigungselement, beispielsweise an einer Schraube oder einer Mutter, eine Krafteinleitungsfläche vorgesehen, in deren Bereich eine Haltekraft mittelbar oder unmittelbar in den Abgaskrümmer eingeleitet wird. Die Krafteinleitungsfläche ist beispielsweise an einer dem Schaft einer Schraube zugewandten Seite eines Schraubenkopfes vorgesehen. Ist der Abgaskrümmer als Gussteil ausgebildet, weist er an einer Auflagefläche für das Befestigungselement eine gusstechnisch erforderliche Ausformschräge auf. In Folge dieser Schräge ergibt sich eine ungleichmäßige Flächenpressung zwischen der Auflagefläche und der Krafteinleitungsfläche des Befestigungselements. Im Betrieb eines Kraftfahrzeugs ist der Abgaskrümmer hohen thermischen Wechselbelastungen ausgesetzt, die zu einer periodischen Ausdehnung und Kontraktion des Materials des Abgaskrümmers führen. Durch die ungleichmäßige Flächenpressung im Bereich der Auflagefläche wird ein Drehmoment in das Befestigungsmittel eingeleitet, so dass sich dieses lösen kann. Zur Lösung dieses Problems ist bei bekannten Abgaskrümmern vorgesehen, die Auflagefläche nach der gusstechnischen Herstellung spanend zu bearbeiten, was aufwendig und kostenintensiv ist. Aus der EP 0 178 430 B1 geht ein Abgaskrümmer hervor, der als Gussteil ausgebildet ist, jedoch einen Flansch aufweist, der lamellenartig aus mindestens zwei miteinander verschweißten oder verlöteten Platinen gebildet ist. Im Bereich des Flansches ist ein Rohrstutzen angeschweißt oder angelötet. Hierbei ist eine Nachbearbeitung unnötig oder sehr einfach. Alternativ ist es bekannt, insbesondere bei luftspaltisolierten Abgaskrümmern als Stanzteile ausgebildete Gleitleisten vorzusehen, die als Unterlegelemente zur Befestigung des Abgaskrümmers an dem Verbrennungsmotor dienen. Sie weisen eine erste Anlagefläche zur Anlage an der Krafteinleitungsfläche des Befestigungselements und eine zweite Anlagefläche zur Anlage an der Auflagefläche des Abgaskrümmers auf. Bei den bekannten Gleitleisten sind jedoch die erste und die zweite Anlagefläche parallel zueinander orientiert, so dass sich auch hier eine ungleichmäßige Flächenpressung zwischen der ersten Anlagefläche und der Krafteinleitungsfläche ergibt, wenn die zweite Anlagefläche plan auf der Auflagefläche aufliegt. Auch bei Verwendung einer solchen Gleitleiste als Unterlegelement ist es also nicht ausgeschlossen, dass sich das Befestigungselement des Abgaskrümmers im Betrieb aufgrund eines durch die thermische Wechselbelastung eingeleiteten Drehmoments löst.Unterlegelemente, exhaust manifold and internal combustion engines of the type discussed here are known. Exhaust manifolds, also called exhaust manifolds, are typically manufactured as castings. Such an exhaust manifold has flanges with which it is fastened to an internal combustion engine, in particular in the region of a cylinder head, preferably by means of a screw connection. In this case, a force introduction surface is provided on a fastening element, for example on a screw or a nut, in the region of which a retaining force is introduced directly or indirectly into the exhaust manifold. The force introduction surface is provided for example on a shaft of a screw facing side of a screw head. If the exhaust manifold is formed as a casting, it has on a support surface for the fastener on a casting technology required Ausformschräge. As a result of this slope results in an uneven surface pressure between the support surface and the force introduction surface of the fastener. During operation of a motor vehicle, the exhaust manifold is exposed to high thermal cycling, which leads to a periodic expansion and contraction of the material of the exhaust manifold. Due to the uneven surface pressure in the region of the support surface, a torque is introduced into the fastening means, so that this can be solved. To solve this problem is provided in known exhaust manifolds to edit the bearing surface after casting production machining, which is complicated and costly. From the EP 0 178 430 B1 goes out an exhaust manifold, which is designed as a casting, but has a flange which is formed like a lamellar of at least two welded or soldered boards. In the area of the flange, a pipe socket is welded or soldered. Here, a post-processing is unnecessary or very easy. Alternatively, it is known, in particular in the case of air gap-insulated exhaust manifolds, to provide molded strips designed as punched parts, which serve as underlay elements for fastening the exhaust manifold to the internal combustion engine. They have a first contact surface for engagement with the force introduction surface of the fastening element and a second contact surface for contact with the bearing surface of the exhaust manifold. In the known slide strips, however, the first and the second contact surface are oriented parallel to each other, so that here also results in an uneven surface pressure between the first contact surface and the force introduction surface when the second contact surface rests flat on the support surface. Even when using such a sliding strip as a shim it is therefore not excluded that the fastening element of the exhaust manifold triggers in operation due to a introduced by the thermal cycling torque.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Unterlegelement, einen Abgaskrümmer sowie einen Verbrennungsmotor zu schaffen, bei welchem eine ungleichmäßige Flächenpressung im Bereich der Krafteinleitungsfläche des Befestigungselements vermieden wird, so dass die genannten Nachteile nicht auftreten.The invention is therefore based on the object to provide a shim, an exhaust manifold and an internal combustion engine, in which an uneven surface pressure in the region of the force introduction surface of the fastener is avoided, so that the disadvantages mentioned do not occur.

Die Aufgabe wird gelöst, in dem ein Unterlegelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen wird.The object is achieved in which a shim with the features of claim 1 is created.

Dieses zeichnet sich dadurch aus, dass die erste und die zweite Anlagefläche einen Winkel miteinander einschließen, der von 0° verschieden ist. Die erste und zweite Anlagefläche sind also nicht parallel zueinander orientiert, wodurch die Neigung der Ausformschräge des Abgaskrümmers zumindest teilweise ausgeglichen wird. Hierdurch wird die Ungleichheit der Flächenpressung im Bereich der Krafteinleitungsfläche des Befestigungselements zumindest reduziert, so dass sich ein aufgrund thermischer Wechselbelastung bestehendes Drehmoment, welches prinzipiell ein Lösen des Befestigungselements zur Folge haben kann, zumindest verringert.This is characterized in that the first and the second contact surface form an angle with each other, which is different from 0 °. The first and second abutment surface are thus not oriented parallel to one another, whereby the inclination of the Ausformschräge of the exhaust manifold is at least partially compensated. As a result, the inequality of the surface pressure in the region of the force introduction surface of the fastening element is at least reduced, so that a due to thermal cycling existing torque, which may in principle have a loosening of the fastener result, at least reduced.

Es wird ein Unterlegelement bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass die erste Anlagefläche mit einer Befestigungsachse einen Winkel von ungefähr 90° einschließt. Dabei ist die Befestigungsachse eine gedachte Achse, die parallel zu einer Längserstreckung des Befestigungselements orientiert ist. Ist der Abgaskrümmer beispielsweise mithilfe von Schrauben oder Stehbolzen an dem Verbrennungsmotor festgeschraubt, erstreckt sich die Befestigungsachse vorzugsweise in Richtung einer Längs- beziehungsweise Symmetrieachse der Schraube oder des Stehbolzens. Die Krafteinleitungsfläche des Befestigungselements ist vorzugsweise senkrecht zu der Befestigungsachse orientiert. So erstreckt sich beispielsweise ein Schraubenkopf und damit auch dessen dem Schaft der Schraube zugewandten Seite bevorzugt senkrecht zu einer Längsachse beziehungsweise zu dem Schaft der Schraube. Ist also die erste Anlagefläche so angeordnet, dass sie mit der Befestigungsachse einen Winkel von 90° einschließt, ist sie parallel zu der Krafteinleitungsfläche des Befestigungselements angeordnet. Dementsprechend ergibt sich in einem Kontaktbereich zwischen der ersten Anlagefläche und der Krafteinleitungsfläche keine ungleichmäßige Flächenpressung. Entsprechend resultiert kein Drehmoment aufgrund thermischer Wechselbelastung des Abgaskrümmers.It is a Unterlegelement preferred, which is characterized in that the first bearing surface with an attachment axis forms an angle of approximately 90 °. In this case, the attachment axis is an imaginary axis, which is oriented parallel to a longitudinal extent of the fastener. If the exhaust manifold is screwed to the internal combustion engine, for example by means of screws or stud bolts, the attachment axis preferably extends in the direction of a longitudinal or symmetrical axis of the screw or the stud bolt. The force introduction surface of the fastening element is preferably oriented perpendicular to the fastening axis. Thus, for example, a screw head and thus also its side facing the shaft of the screw preferably extends perpendicular to a longitudinal axis or to the shaft of the screw. Thus, if the first abutment surface is arranged so that it encloses an angle of 90 ° with the attachment axis, it is arranged parallel to the force introduction surface of the attachment element. Accordingly, in a contact region between the first contact surface and the force introduction surface no uneven Surface pressure. Accordingly, no torque results due to thermal cycling of the exhaust manifold.

Es wird auch ein Unterlegelement bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass die zweite Anlagefläche mit der Befestigungsachse einen Winkel einschließt, der zwischen mindestens 86° und weniger als 90° beträgt. Bevorzugt beträgt der Winkel 88°. Hieraus ergibt sich, dass ein Winkel, den die erste und die zweite Anlagefläche miteinander einschließen, vorzugsweise zwischen 4° und mehr als 0° beträgt, wobei er vorzugsweise 2° beträgt, wenn die erste Anlagefläche mit der Befestigungsachse einen Winkel von 90° einschließt. Diese Winkel entsprechen typischerweise vorgesehenen Neigungswinkeln der im Bereich der Auflagefläche des Abgaskrümmers vorgesehenen Ausformschräge.It is also a Unterlegelement preferred, which is characterized in that the second bearing surface with the mounting axis forms an angle which is between at least 86 ° and less than 90 °. Preferably, the angle is 88 °. It follows that an angle which the first and second abutment surfaces enclose with each other is preferably between 4 ° and more than 0 °, preferably 2 °, when the first abutment surface makes an angle of 90 ° with the attachment axis. These angles typically correspond to intended angles of inclination of the shaping ramp provided in the area of the bearing surface of the exhaust manifold.

Es wird auch ein Unterlegelement bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass der Winkel, den die erste und die zweite Anlagefläche miteinander einschließen, so auf einen Winkel, den die Auflagefläche des Abgaskrümmers mit der Befestigungsachse einschließt, abgestimmt ist, dass in montiertem Zustand die zweite Anlagefläche parallel zu der Auflagefläche orientiert ist, wobei zugleich die erste Anlagefläche senkrecht zu der Befestigungsachse orientiert ist. Vorzugsweise liegt also die zweite Anlagefläche parallel und damit in montiertem Zustand plan an der aufgrund der Ausformschräge geneigten Auflagefläche des Abgaskrümmers an. Sie weist also einen von 90° verschiedenen Winkel zur Befestigungsachse auf. Die erste Anlagefläche schließt mit der zweiten Anlagefläche einen Winkel ein, der so bemessen ist, dass sie senkrecht zur Befestigungsachse und damit parallel zu der Krafteinleitungsfläche des Befestigungselements orientiert ist. Das Unterlegelement liegt dann sowohl an der Auflagefläche des Abgaskrümmers als auch an der Krafteinleitungsfläche des Befestigungselements plan und flächig an, so dass sich in beiden Anlagebereichen keine ungleichmäßigen Flächenpressungen ergeben. Damit wird eine besonders stabile Konfiguration verwirklicht, welche ein Lösen des Befestigungselements im Betrieb vermeidet. Letztlich wird also eine zu der Ausformschräge des Abgaskrümmers gegenläufige, korrespondierende Flächenschräge an der zweiten Anlagefläche verwirklicht, und zwar so, dass letztlich im Bereich der ersten Anlagefläche eine plane Auflage für die Krafteinleitungsfläche des Befestigungselements geschaffen wird.It is also a Unterlegelement preferred, which is characterized in that the angle that the first and the second contact surface with each other, so at an angle that includes the bearing surface of the exhaust manifold with the mounting axis is tuned that in the assembled state, the second Bearing surface is oriented parallel to the support surface, wherein at the same time the first contact surface is oriented perpendicular to the mounting axis. Preferably, therefore, the second contact surface is parallel and thus in the assembled state flat on the inclined due to the Ausformschräge bearing surface of the exhaust manifold. So it has an angle different from 90 ° to the mounting axis. The first contact surface encloses an angle with the second contact surface, which is dimensioned such that it is oriented perpendicular to the fastening axis and thus parallel to the force introduction surface of the fastening element. The washer is then flat and flat on both the support surface of the exhaust manifold and on the force introduction surface of the fastener, so that there are no uneven surface pressures in both investment areas. For a particularly stable configuration is realized, which avoids loosening of the fastener during operation. Ultimately, therefore, a corresponding to the Ausformschräge of the exhaust manifold, corresponding surface bevel on the second contact surface is realized, in such a way that ultimately in the region of the first contact surface a flat support for the force introduction surface of the fastener is created.

Es wird auch ein Unterlegelement bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass es als Gleitleiste ausgebildet ist. Bevorzugt ist das Unterlegelement wie eine bereits bekannte Gleitleiste zur Befestigung eines Abgaskrümmers an einen Verbrennungsmotor ausgebildet, mit dem Unterschied, dass die erste und die zweite Anlagefläche bei dem hier vorgeschlagenen Ausführungsbeispiel einen Winkel miteinander einschließen, der von 0° verschieden ist, so dass sie nicht parallel zueinander orientiert sind.It is also preferred a shim, which is characterized in that it is designed as a sliding strip. Preferably, the shim is like an already known slide bar for mounting an exhaust manifold to an internal combustion engine formed, with the difference that the first and the second contact surface in the proposed embodiment form an angle with each other, which is different from 0 °, so they do not oriented parallel to each other.

Es wird auch ein Unterlegelement bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass die erste und/oder die zweite Anlagefläche so bearbeitet ist/sind, dass sie einen gewünschten Reibungskoeffizienten aufweist/aufweisen. Dabei ist es möglich, dass nur die erste oder nur die zweite Anlagefläche entsprechend bearbeitet ist. Ebenso ist es möglich, dass sowohl die erste als auch die zweite Anlagefläche entsprechend bearbeitet sind. Eine entsprechende Bearbeitung sieht vorzugsweise vor, dass die bearbeitete Anlagefläche beschichtet, gerändelt und/oder aufgeraut wird. Ein Aufrauen erfolgt vorzugsweise mittels Sandstrahlen. Durch Beschichten ist es möglich, je nach Beschichtungsmaterial den Reibungskoeffizienten zu erhöhen oder zu erniedrigen. Beim Rändeln oder Aufrauen wird der Reibungskoeffizient erhöht. Vorzugsweise wird an der ersten Auflagefläche ein anderer Reibungskoeffizient als an der zweiten Auflagefläche vorgesehen. Die Auflageflächen weisen demnach vorzugsweise verschiedene Reibungskoeffizienten auf. Dabei ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die erste Anlagefläche einen niedrigeren Reibungskoeffizienten aufweist als die zweite Anlagefläche. Bei thermischer Wechselbelastung kann der Abgaskrümmer dann gemeinsam mit dem Unterlegelement unter dem Befestigungselement gleiten, so dass eine Auslenkung beziehungsweise Biegung und insbesondere Biegewechsellast des Befestigungselements nach Möglichkeit vermieden wird. Auch ergibt sich so vorzugsweise eine geringere Eigenspannung in dem Abgaskrümmer, wodurch sich auch ein geringerer Verzug desselben ergibt. Vorzugsweise beträgt der Reibungskoeffizient im Bereich der ersten Anlagefläche ungefähr 0,1, wobei er bevorzugt im Bereich der zweiten Anlagefläche 0,5 beträgt. Besonders bevorzugt wird die erste Anlagefläche beschichtet, insbesondere mit einem Gleitlack, während die zweite Anlagefläche sandgestrahlt und/oder gerändelt wird. Ein erhöhter Reibungskoeffizient im Bereich der zweiten Anlagefläche kann sich auch durch einen Stanzgrat ergeben, wenn das Unterlegelement als Stanzteil hergestellt ist.It is also preferred a shim, which is characterized in that the first and / or the second abutment surface is / are processed so that it / has a desired coefficient of friction. It is possible that only the first or only the second contact surface is processed accordingly. It is also possible that both the first and the second contact surface are processed accordingly. A corresponding processing preferably provides that the machined contact surface is coated, knurled and / or roughened. Roughening preferably takes place by means of sandblasting. By coating, it is possible to increase or decrease the coefficient of friction depending on the coating material. When knurling or roughening the friction coefficient is increased. Preferably, a different friction coefficient is provided on the first bearing surface than on the second bearing surface. The bearing surfaces therefore preferably have different coefficients of friction. It is particularly preferably provided that the first contact surface has a lower coefficient of friction than the second contact surface. In thermal cycling, the exhaust manifold can then slide together with the shim under the fastener, so that a deflection or bending and in particular bending change load of the fastener is avoided if possible. Also, preferably results in a lower residual stress in the exhaust manifold, which also results in a lower distortion of the same. The coefficient of friction in the region of the first contact surface is preferably approximately 0.1, wherein it is preferably 0.5 in the region of the second contact surface. Particularly preferably, the first contact surface is coated, in particular with a bonded coating, while the second contact surface is sandblasted and / or knurled. An increased coefficient of friction in the region of the second contact surface can also result from a punching burr if the lower element is produced as a stamped part.

Es wird auch ein Unterlegelement bevorzugt, bei welchem eine Neigung der zweiten Anlagefläche relativ zu der ersten Anlagefläche durch Rändeln erzeugt ist. Dabei kann die Neigung grundsätzlich durch spanendes Rändelfräsen oder durch spanloses Rändeldrücken erzeugt werden. Es wird allerdings ein Unterlegelement bevorzugt, bei welchem die Neigung durch spanloses Rändeldrücken erzeugt ist. Insbesondere kann mithilfe eines definierten Zackenprofils, also durch Erhebungen mit verschiedenen Höhen, beim Rändeln eine schiefe Ebene erstellt werden. Dabei wird zugleich ein Reibungskoeffizient in der zweiten Anlagefläche erhöht. It is also preferred a shim in which an inclination of the second abutment surface is generated relative to the first abutment surface by knurling. In this case, the inclination can basically be generated by cutting knurling or by chipless knurling. However, it is a Unterlegelement preferred in which the inclination is produced by non-cutting knurling. In particular, by means of a defined serrated profile, that is to say by elevations with different heights, an oblique plane can be created when knurling. At the same time a coefficient of friction in the second contact surface is increased.

Es wird auch ein Unterlegelement bevorzugt, dass sich dadurch auszeichnet, dass es als Gleitleiste ausgebildet ist und mindestens einen Dehnbereich und/oder mindestens ein Langloch aufweist. Hierdurch ist es möglich, die auf das Befestigungselement bei thermischer Wechselbelastung des Abgaskrümmers wirkende Biegewechsellast weiter zu verringern. Das Langloch und/oder das Dehnelement gleichen die thermische Ausdehnung beziehungsweise Kontraktion des Abgaskrümmers zumindest teilweise aus, so dass sich entsprechend die Biegewechsellast auf das Befestigungselement reduziert.It is also preferred a shim that is characterized in that it is designed as a sliding strip and has at least one expansion region and / or at least one slot. This makes it possible to further reduce the bending cycle load acting on the fastening element during thermal cycling of the exhaust manifold. The slot and / or the expansion element compensate for the thermal expansion or contraction of the exhaust manifold at least partially, so that correspondingly reduces the bending change load on the fastener.

Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Abgaskrümmer mit den Merkmalen des Anspruchs 9 geschaffen wird. Dieser zeichnet sich durch mindestens ein Unterlegelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aus. Es ergeben sich insoweit die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Unterlegelement dargestellt wurden.The object is also achieved by providing an exhaust manifold with the features of claim 9. This is characterized by at least one shim according to one of claims 1 to 8. In this respect, the advantages that have already been presented in connection with the shim element result.

Schließlich wird die Aufgabe auch gelöst, indem ein Verbrennungsmotor mit einem Abgaskrümmer mit den Merkmalen des Anspruchs 10 geschaffen wird. Der Verbrennungsmotor zeichnet sich dadurch aus, dass der Abgaskrümmer an dem Verbrennungsmotor mithilfe mindestens eines Unterlegelements nach einem der Ansprüche 1 bis 8 befestigt ist. Insoweit ergeben sich für den Verbrennungsmotor die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Unterlegelement dargestellt wurden. Ist das Unterlegelement als Unterlegscheibe oder in sonstiger Weise als einzelnes Unterlegelement für jeweils einen Befestigungsbereich des Abgaskrümmers ausgebildet, sind vorzugsweise so viele Unterlegelemente vorgesehen, wie Befestigungsbereiche für den Abgaskrümmer vorhanden sind. Ist das Unterlegelement dagegen als Gleitleiste ausgebildet, wirkt diese als Unterlegelement für mehrere Befestigungsbereiche zugleich, insbesondere auf einer Seite des Abgaskrümmers. Es sind dann bevorzugt so viele Gleitleisten vorgesehen, dass letztlich in jedem Befestigungsbereich ein Unterlegelement angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist für jede Seite des Abgaskrümmers eine Gleitleiste vorgesehen, wobei dann insgesamt zwei Gleitleisten vorgesehen sind.Finally, the object is also achieved by providing an internal combustion engine with an exhaust manifold having the features of claim 10. The internal combustion engine is characterized in that the exhaust manifold is attached to the internal combustion engine by means of at least one shim according to any one of claims 1 to 8. In that regard arise for the internal combustion engine, the advantages that have already been presented in connection with the shim. If the shim is designed as a washer or in any other way as a single shim for a respective attachment region of the exhaust manifold, preferably as many shims are provided as there are attachment regions for the exhaust manifold. However, if the shim is designed as a sliding strip, it acts as a shim for several attachment areas at the same time, in particular on one side of the exhaust manifold. In that case, preference is given to providing so many sliding strips that ultimately a shim element is arranged in each fastening area. Particularly preferably, a sliding strip is provided for each side of the exhaust manifold, in which case a total of two sliding strips are provided.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing.

Dabei zeigen:Showing:

1 eine schematische Schnittdarstellung eines Abgaskrümmers mit einem bekannten Unterlegelement in teilweise vergrößerter Darstellung; 1 a schematic sectional view of an exhaust manifold with a known shim in a partially enlarged view;

2 eine dreidimensionale Darstellung eines Abgaskrümmers mit zwei Unterlegelementen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und 2 a three-dimensional representation of an exhaust manifold with two sub-elements according to an embodiment of the invention, and

3 eine Detaildarstellung der Unterlegelelemente gemäß 2. 3 a detailed representation of the Unterlegelelemente according to 2 ,

1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Abgaskrümmers 1, der als Gussteil hergestellt ist. Er weist an einem einstückig angeformten Flansch 3 eine Auflagefläche 5 auf, mit der eine Krafteinleitungsfläche 7 eines Befestigungselements 9 zusammenwirkt, um den Abgaskrümmer 1 an einem nicht dargestellten Verbrennungsmotor zu befestigen. Das Befestigungselement 9 mit der Krafteinleitungsfläche 7 sind in der vergrößerten Darstellung in 1 links erkennbar, in der ein in der Schnittdarstellung des Abgaskrümmers 1 gemäß 1 rechts mit einem Rechteck 11 gekennzeichneter Bereich vergrößert dargestellt ist. 1 shows a schematic sectional view of an exhaust manifold 1 which is made as a casting. He points to a integrally molded flange 3 a support surface 5 on, with a force introduction surface 7 a fastener 9 interacts with the exhaust manifold 1 to be attached to an internal combustion engine, not shown. The fastener 9 with the force introduction surface 7 are in the enlarged view in 1 recognizable left, in the one in the sectional view of the exhaust manifold 1 according to 1 right with a rectangle 11 marked area is shown enlarged.

Das Befestigungselement 9 umfasst bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel einen Stehbolzen 13, der in den Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors eingeschraubt oder eingepresst wird, und der ein nicht dargestelltes Außengewinde aufweist, welches mit einer Mutter 15 zusammenwirkt, um den Abgaskrümmer 1 an den Zylinderkopf zu befestigen.The fastener 9 includes at the in 1 illustrated embodiment a stud 13 , which is screwed or pressed into the cylinder head of an internal combustion engine, and having an unillustrated external thread, which with a nut 15 interacts with the exhaust manifold 1 to attach to the cylinder head.

Alternativ ist es möglich, dass das Befestigungselement 9 als Schraube ausgebildet ist, die einen mit einem Außengewinde versehenen Schaft aufweist, der quasi die Funktion des Stehbolzens 13 übernimmt, sowie einen Schraubenkopf, der die Funktion der Mutter 15 übernimmt. Die Krafteinleitungsfläche 7 ist bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel an einer der Auflagefläche 5 zugewandten Seite der Mutter 15 vorgesehen. Ist das Befestigungselement 9 dagegen als Schraube ausgebildet, ist die Krafteinleitungsfläche 7 an einer der Auflagefläche 5 zugewandten Seite des Schraubenkopfes vorgesehen. Die Schraube wird dann in ein Innengewinde eingeschraubt, welches in einer entsprechenden Bohrung des Zylinderkopfs vorgesehen ist.Alternatively, it is possible that the fastener 9 is designed as a screw having a shaft provided with an external thread, which is more or less the function of the stud 13 takes over, as well as a screw head, which is the function of the mother 15 takes over. The force introduction surface 7 is at the in 1 illustrated embodiment on one of the support surface 5 facing side of the mother 15 intended. Is the fastener 9 however, designed as a screw, the force introduction surface 7 on one of the bearing surface 5 provided facing side of the screw head. The screw is then screwed into an internal thread, which is provided in a corresponding bore of the cylinder head.

Der Flansch 3 weist eine Durchgangsbohrung 17 auf, die von dem Befestigungselement 9, insbesondere von dem Stehbolzen 13 oder von dem Schaft einer Schraube durchgriffen wird.The flange 3 has a through hole 17 on that of the fastener 9 , in particular of the stud 13 or is penetrated by the shank of a screw.

Es zeigt sich, dass die Auflagefläche 5 gusstechnisch bedingt eine Ausformschräge aufweist, so dass sie einen von 90° verschiedenen Winkel mit einer nicht dargestellten Befestigungsachse einschließt, die parallel zu einer Längsachse des Befestigungselements 9, insbesondere des Stehbolzens 13 beziehungsweise eines Schraubenschafts verläuft. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt dieser Winkel 2°.It turns out that the bearing surface 5 For reasons of casting technology, it has a shaping bevel, so that it encloses an angle different from 90 ° with a fastening axis, not illustrated, which runs parallel to a longitudinal axis of the fastening element 9 , in particular the stud 13 or a screw shaft runs. In the illustrated embodiment, this angle is 2 °.

Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wirkt die Krafteinleitungsfläche 7 nicht unmittelbar mit der Auflagefläche 5 zusammen, sondern es ist ein Unterlegelement 19 vorgesehen, das eine erste Anlagefläche 21 und eine zweite Anlagefläche 23 aufweist. Die erste Anlagefläche 21 liegt an der Krafteinleitungsfläche 7 an, während die zweite Anlagefläche 23 an der Auflagefläche 5 anliegt. Bei dem dargestellten Unterlegelement 19 sind die erste Anlagefläche 21 und die zweite Anlagefläche 23 parallel zueinander orientiert. Da die Krafteinleitungsfläche 7 einen Winkel von 90° mit der Befestigungsachse einschließt, während die Auflagefläche 5 mit der Befestigungsachse einen Winkel von hier 88°, jedenfalls aber einen von 90° verschiedenen Winkel aufgrund der Ausformschräge einschließt, ergibt sich – in Umfangsrichtung gesehen – eine variierende Flächenpressung im Bereich des Kontaktes zwischen der ersten Anlagefläche 21 und der Krafteinleitungsfläche 7. Das Unterlegelement 19, das im Übrigen als herkömmliche Gleitleiste oder Unterlegscheibe ausgebildet sein kann, liegt demnach leicht schräg zu der Krafteinleitungsfläche 7, oder es ist parallel zu dieser orientiert, liegt dann aber leicht schräg relativ zu der Auflagefläche 5. Jedenfalls ergibt sich bei einer thermischen Wechselbelastung des Abgaskrümmers 1 ein Drehmoment auf das Befestigungselement 9, konkret auf die Mutter 15 beziehungsweise den Schraubenkopf, so dass dieses gelockert und letztlich die Befestigung des Abgaskrümmers 1 an dem Verbrennungsmotor gelöst wird.At the in 1 illustrated embodiment, the force introduction surface acts 7 not directly with the support surface 5 together, but it is a sublevel element 19 provided that a first contact surface 21 and a second contact surface 23 having. The first contact surface 21 lies at the force introduction surface 7 while the second contact surface 23 on the support surface 5 is applied. In the illustrated lower element 19 are the first contact surface 21 and the second contact surface 23 oriented parallel to each other. As the force introduction surface 7 encloses an angle of 90 ° with the mounting axis while the bearing surface 5 with the mounting axis an angle of 88 ° here, but in any case includes a different angle of 90 ° due to the Ausformschräge results - seen in the circumferential direction - a varying surface pressure in the region of contact between the first contact surface 21 and the force introduction surface 7 , The lower element 19 , which may be formed as a conventional sliding strip or washer, moreover, is slightly inclined to the force introduction surface 7 , or it is oriented parallel to this, but then lies slightly inclined relative to the support surface 5 , In any case, results in a thermal cycling of the exhaust manifold 1 a torque on the fastener 9 , specifically to the mother 15 or the screw head, so that this loosened and ultimately the attachment of the exhaust manifold 1 is solved at the internal combustion engine.

2 zeigt eine Darstellung des Abgaskrümmers 1 mit zwei erfindungsgemäßen Unterlegelementen 19. gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Die beiden Unterlegeelemente 19 sind sowohl in an dem Abgaskrümmer 1 angeordnetem Zustand als auch – in einem seitlichen Abstand von diesem und durch zwei Pfeile P gekennzeichnet – vergrößert dargestellt. Wesentlich ist, dass die links und rechts von dem Abgaskrümmer 1 separat und durch die Pfeile P gekennzeichneten Unterlegelemente 19 keine weiteren Unterlegelemente darstellen, sondern lediglich eine vergrößerte Darstellung der bereits an dem Abgaskrümmer 1 angeordnet dargestellten Unterlegelemente 19. 2 zeigt demnach nicht vier Unterlegelemente 19, sondern lediglich zwei. 2 shows a representation of the exhaust manifold 1 with two Unterlegelelementeen invention 19 , identical and functionally identical elements are provided with the same reference numerals, so that reference is made to the preceding description. The two underlay elements 19 are both in on the exhaust manifold 1 arranged state and - in a lateral distance from this and by two arrows P - shown enlarged. It is essential that the left and right of the exhaust manifold 1 separately and marked by the arrows P shims 19 do not represent any other lower elements, but only an enlarged view of the already on the exhaust manifold 1 arranged shown sub-elements 19 , 2 therefore does not show four lower elements 19 but only two.

In 2 ist dargestellt, dass die erste Anlagefläche 21 und die zweite Anlagefläche 23 einen Winkel miteinander einschließen, der von 0° verschieden ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel 2°. Dies entspricht gerade dem Winkel, den gemäß 1 die Auflagefläche 5 relativ zu einer gedachten Ebene einschließt, auf der die Befestigungsachse senkrecht steht.In 2 is shown that the first contact surface 21 and the second contact surface 23 enclose an angle other than 0 °. In the illustrated embodiment, the angle is 2 °. This corresponds exactly to the angle, according to 1 the bearing surface 5 relative to an imaginary plane on which the attachment axis is perpendicular.

Bevorzugt schließt die erste Anlagefläche 21 in montiertem Zustand mit der Befestigungsachse einen Winkel von ungefähr 90° ein. Besonders bevorzugt steht die Befestigungsachse senkrecht auf der ersten Anlagefläche 21.Preferably, the first contact surface closes 21 in the assembled state with the mounting axis an angle of about 90 °. Particularly preferably, the attachment axis is perpendicular to the first contact surface 21 ,

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel schließt dann die zweite Anlagefläche mit der Befestigungsachse einen Winkel ein, der 88° beträgt.In the illustrated embodiment, then includes the second contact surface with the mounting axis at an angle which is 88 °.

In montiertem Zustand des Abgaskrümmers 1 zeigt sich dann Folgendes: Der Winkel, den die erste und die zweite Anlagefläche 21, 23 miteinander einschließen, ist so auf den Winkel abgestimmt, den die Auflagefläche 5 mit der Befestigungsachse einschließt, dass die zweite Anlagefläche 23 parallel zu der Auflagefläche 5 orientiert ist, also flächig und plan an dieser anliegt. Zugleich ist die erste Anlagefläche 21 senkrecht zu der Befestigungsachse orientiert, so dass sie flächig und plan an der Krafteinleitungsfläche 7 anliegt. Damit ergibt sich keine verschiedene Flächenpressung – in Umfangsrichtung des Befestigungselements 9 gesehen –, sondern vielmehr entlang von dessen Umfang eine homogene Kraftübertragung. Eine thermische Wechselbelastung des Abgaskrümmers 1 führt daher nicht zu einem in das Befestigungselement 9 eingeleiteten Drehmoment, so dass keine Gefahr eines Lockerns oder Lösens der Befestigung des Abgaskrümmers 1 an dem Verbrennungsmotor, insbesondere an dessen Zylinderkopf, besteht.In the assembled state of the exhaust manifold 1 then shows the following: The angle, the first and the second contact surface 21 . 23 enclose with each other is matched to the angle that the bearing surface 5 with the attachment axis enclosing the second abutment surface 23 parallel to the support surface 5 is oriented, so flat and flat to this is applied. At the same time, the first contact surface 21 Oriented perpendicular to the mounting axis, so that it flat and flat on the force introduction surface 7 is applied. This results in no different surface pressure - in the circumferential direction of the fastener 9 but rather along its circumference a homogeneous transmission of force. A thermal change load of the exhaust manifold 1 therefore does not lead to a in the fastener 9 introduced torque, so no risk of loosening or loosening the attachment of the exhaust manifold 1 on the internal combustion engine, in particular on the cylinder head, there is.

Die Unterlegelemente 19 sind hier als Gleitleisten ausgebildet. Dabei sind die beiden Gleitleisten 19 gemäß 2 spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildet, also quasi als rechte beziehungsweise linke Gleitleiste für den Abgaskrümmer 1.The lower elements 19 are designed here as sliding strips. Here are the two wear strips 19 according to 2 formed mirror-symmetrical to each other, so almost as a right or left sliding strip for the exhaust manifold 1 ,

3 zeigt eine detailliertere Darstellung der Gleitleisten 19 gemäß 2. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf die vorangegangenen Ausführungen verwiesen wird. Die zweite Anlagefläche 23 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel gerändelt. Insbesondere ist sie durch spanloses Rändeldrücken bearbeitet, so dass sie eine entsprechende gerändelte Struktur aufweist. Dies ist zum einen vorgesehen, um einen gewünschten Reibungskoeffizienten an der zweiten Anlagefläche 23 vorzusehen. Zum anderen ist bevorzugt vorgesehen, dass die Neigung, welche die zweite Anlagefläche 23 relativ zu der ersten Anlagefläche 21 aufweist, durch Rändeln, vorzugsweise durch spanloses Rändeldrücken, eingebracht ist. Es ist nämlich möglich, beim Rändeln ein definiertes Zackenprofil in die zweite Anlagefläche 23 einzubringen, so dass sich Erhebungen in verschiedenen Höhen ergeben, wobei letztlich eine schiefe Ebene resultiert. Somit ist es möglich, durch das Rändeln, insbesondere durch das spanlose Rändeldrücken, gleich zwei Funktionen an der zweiten Anlagefläche 23 vorzusehen, nämlich zum einen einen Reibungskoeffizienten einzustellen, der einen sicheren Kraftschluss zwischen dem Unterlegelement 19 und dem Abgaskrümmer 1 gewährleistet, zum anderen eine gewünschte Neigung zwischen der ersten Anlagefläche 21 und der zweiten Anlagefläche 23 relativ zueinander zu verwirklichen. 3 shows a more detailed representation of the wear strips 19 according to 2 , The same and functionally identical elements are provided with the same reference numerals, so that reference is made to the preceding statements. The second contact surface 23 is knurled in the illustrated embodiment. In particular, it is machined by non-cutting knurl pressing so that it has a corresponding knurled structure. This is provided on the one hand to a desired coefficient of friction on the second bearing surface 23 provided. On the other hand, it is preferably provided that the inclination, which the second contact surface 23 relative to the first contact surface 21 has, by knurling, preferably by non-cutting knurled, is introduced. It is possible, when knurling a defined serrated profile in the second bearing surface 23 bring in so that elevations arise at different heights, which ultimately results in an inclined plane. Thus, it is possible by knurling, in particular by the non-cutting knurled pressing, two functions on the second contact surface 23 to provide, namely on the one hand to set a coefficient of friction, the safe positive connection between the shim 19 and the exhaust manifold 1 ensures, on the other hand, a desired inclination between the first contact surface 21 and the second contact surface 23 to realize relative to each other.

Bevorzugt wird auch an der ersten Anlagefläche 21 ein gewünschter Reibungskoeffizient durch Beschichten, Rändeln und/oder Aufrauen eingestellt. Dabei wird besonders bevorzugt ein kleinerer Reibungskoeffizient als an der zweiten Anlagefläche 23 vorgesehen. Ganz besonders bevorzugt wird die erste Anlagefläche 21 mit einem Gleitlack beschichtet, so dass sie sich nach Möglichkeit relativ zu der Krafteinleitungsfläche 7 verschieben kann, ohne große Reibungskräfte in diese einzuleiten. Auf diese Weise ist es möglich, eine Belastung des Befestigungselements 9 auf Biegung durch thermische Ausdehnung beziehungsweise Kontraktion des Abgaskrümmers 1 zu reduzieren.Preference is also given to the first contact surface 21 set a desired coefficient of friction by coating, knurling and / or roughening. In this case, a smaller coefficient of friction is particularly preferred than at the second contact surface 23 intended. Very particularly preferred is the first contact surface 21 coated with a lubricating varnish, so that they are possible relative to the force introduction surface 7 can move without introducing large frictional forces in them. In this way it is possible to load the fastener 9 bent by thermal expansion or contraction of the exhaust manifold 1 to reduce.

Es ist auch möglich, die Reibungskoeffizienten der ersten und zweiten Anlageflächen 21, 23 in einzelnen Befestigungsbereichen, die hier mit Kreisen K gekennzeichnet sind, so anzupassen, dass die Reibungszustände und -kräfte der einzelnen Verbindungen in Abhängigkeit der Anforderungen des Betriebszustandes optimal einstellbar sind.It is also possible, the friction coefficients of the first and second contact surfaces 21 . 23 in individual attachment areas, which are marked here with circles K, adapt so that the friction conditions and forces of the individual compounds depending on the requirements of the operating condition are optimally adjustable.

Um eine Biegebelastung des Befestigungselements 9, insbesondere des Stehbolzens 13 oder eines Schraubenschafts bei thermischer Wechselbelastung des Abgaskrümmers 1 weiter zu reduzieren, ist es möglich, Bohrungen 27 in den Unterlegelementen 19, durch welche Befestigungselemente 9 greifen, zumindest teilweise als Langloch auszubilden. Es ist dann eine Relativbewegung zwischen dem Unterlegeelement 19 und dem Befestigungselement 9 möglich, ohne dass es zu einer Biegebelastung des Befestigungselements 9 kommt.To a bending load of the fastener 9 , in particular the stud 13 or a screw shaft under thermal cycling of the exhaust manifold 1 To further reduce, it is possible to drill holes 27 in the lower components 19 through which fasteners 9 grab, at least partially form as a slot. It is then a relative movement between the base element 19 and the fastener 9 possible, without causing a bending load of the fastener 9 comes.

Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, an den Unterlegelementen 19 mindestens einen Dehnbereich 29 vorzusehen, so dass die Unterlegelemente 19 in ihrer Längserstreckung variabel sind. Auch hierdurch ist es möglich, eine Biegebelastung des Befestigungselements 9 zu reduzieren.Alternatively or additionally, it is possible to the lower elements 19 at least one stretching area 29 provide so that the shims 19 are variable in their longitudinal extent. This also makes it possible, a bending load of the fastener 9 to reduce.

Es ist möglich, dass die Unterlegelemente 19, die vorzugsweise als Gleitleisten ausgebildet sind, Stahl, insbesondere austenitischen Stahl, besonders bevorzugt austenitischen Stahl 1.4301, umfassen, beziehungsweise besonders bevorzugt aus einem der genannten Materialien bestehen.It is possible that the lower elements 19 , which are preferably designed as sliding strips, steel, in particular austenitic steel, particularly preferably austenitic steel 1.4301, comprise, or particularly preferably consist of one of said materials.

Insgesamt zeigt sich, dass mithilfe der Unterlegelemente 19 eine Befestigung des Abgaskrümmers an einem Verbrennungsmotor möglich ist, ohne dass sich das Problem eines Lösens oder Lockerns der Befestigung durch thermische Wechselbelastung ergibt. Dabei ist die hier vorgeschlagene Lösung kostengünstiger und weniger aufwendig als eine insbesondere spanende Nachbearbeitung der Auflagefläche 5.Overall, it turns out that using the shims 19 an attachment of the exhaust manifold to an internal combustion engine is possible, without resulting in the problem of loosening or loosening of the attachment by thermal cycling. Here, the solution proposed here is cheaper and less expensive than a particular machining post-processing of the bearing surface 5 ,

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 0178430 B1 [0002]

Claims

Lower element ( 19 ) for mounting an exhaust manifold ( 1 ) on an internal combustion engine having a first contact surface ( 21 ) for engagement with a force introduction surface ( 7 ) of a fastener ( 9 ), and with a second contact surface ( 23 ) for contact with a bearing surface ( 5 ) of the exhaust manifold ( 1 ), characterized in that the first and second abutment surfaces ( 21 . 23 ) enclose an angle other than 0 °.

Lower element ( 19 ) according to claim 1, characterized in that the first contact surface ( 21 ) with an attachment axis at an angle of about 90 °.

Lower element ( 19 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the second contact surface ( 23 ) encloses an angle with the attachment axis which is between at least 86 ° and less than 90 °, preferably 88 °.

Lower element ( 19 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the angle which the first and the second contact surface ( 21 . 23 ), so at an angle that the support surface ( 5 ) of the exhaust manifold ( 1 ) with the fastening axis, is matched, that in the assembled state, the second bearing surface ( 23 ) parallel to the support surface ( 5 ), wherein at the same time the first contact surface ( 21 ) is oriented perpendicular to the mounting axis.

Lower element ( 19 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the shim ( 19 ) is designed as a sliding strip.

Lower element ( 19 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the first and / or the second contact surface ( 21 . 23 ) is / are processed in such a way that it has / has a desired coefficient of friction, wherein it is preferably coated, knurled and / or roughened, in particular roughened by sand blasting, the first and second contact surfaces ( 21 . 23 ) have different coefficients of friction.

Lower element ( 19 ) according to one of the preceding claims, characterized in that an inclination of the second contact surface ( 23 ) relative to the first abutment surface ( 21 ) is produced by knurling, in particular by non-cutting knurling.

Lower element ( 19 ) according to one of claims 5 to 7, characterized in that the formed as a slide strip shim ( 19 ) at least one stretching area ( 29 ) and / or has at least one slot.

Exhaust manifold ( 1 ), characterized by at least one lower element ( 19 ) according to one of claims 1 to 8.

Internal combustion engine with an exhaust manifold ( 1 ), characterized in that the exhaust manifold ( 1 ) on the internal combustion engine by means of at least one shim ( 19 ) is attached according to one of claims 1 to 8.