DE102012019039A1

DE102012019039A1 - Flanschverbindung und Kraftfahrzeug mit einer solchen Flanschverbindung

Info

Publication number: DE102012019039A1
Application number: DE201210019039
Authority: DE
Inventors: Arnold Löbig
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2014-03-27

Abstract

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft eine Flanschverbindung (2) zur Erzielung einer Strömungsverbindung zwischen einer Abgasausströmöffnung (80) eines Verbrennungsmotors (12) und einer Abgaseinströmöffnung (82) eines Turboladers (14) mit einem Flansch (22), einem Gegenflansch (24) und mindestens einer mit dem Flansch (22) verbundenen Schraubverbindung (34; 92), mittels derer die einander zugewandten Vorderseiten (30, 32) von Flansch (22) und Gegenflansch (24) in axialer Richtung (4, 6) zusammendrückbar oder zusammengedrückt sind, wobei mindestens ein flanschseitiger Haltevorsprung (42), mittels dessen die Rückseite (44) des Gegenflansches (24) hintergreifbar oder hintergriffen ist, und ein der Schraubverbindung (34; 92) zugeordnetes Spannteil (54) vorgesehen ist, das durch Anziehen der Schaubverbindung (34; 92) derart mit dem Gegenflansch (24) zusammenwirkt, dass der Gegenflansch (24) sowohl in axialer Richtung (4) gegen die Vorderseite (30) des Flansches (22) als auch in radialer Richtung (8) gegen den flanschseitigen Haltevorsprung (42) drückbar oder gedrückt ist. Darüber hinaus betrifft eine Ausführungsform der Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer derart vorteilhaften Flanschverbindung (2).

Description

Technisches Gebiet
Das technische Gebiet betrifft Flanschverbindungen zur Erzielung einer Strömungsverbindung zwischen einer Abgasausströmöffnung eines Verbrennungsmotors und einer Abgaseinströmöffnung eines Turboladers mit einem Flansch, einem Gegenflansch und mindestens einer mit dem Flansch verbundenen Schraubverbindung, mittels derer die einander zugewandten Vorderseiten von Flansch und Gegenflansch in axialer Richtung zusammengedrückt werden können. Darüber hinaus betrifft das technische Gebiet Kraftfahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor, der eine Abgasausströmöffnung aufweist, und einem Turbolader, der eine Abgaseinströmöffnung aufweist, wobei die Abgasausströmöffnung über eine Flanschverbindung mit der Abgaseinströmöffnung in Strömungsverbindung steht.
Hintergrund
Aus der Praxis sind Flanschverbindungen zur Erzielung einer Strömungsverbindung zwischen einer Abgasausströmöffnung eines Verbrennungsmotors und einer Abgaseinströmöffnung eines Turboladers bekannt, die einen Flansch an dem Verbrennungsmotor einerseits und einen Gegenflansch an dem Turbolader andererseits aufweisen. Darüber hinaus weisen die bekannten Flanschverbindungen mehrere Schraubverbindungen auf, in der Regel vier, mittels derer die einander zugewandten Vorderseiten von Flansch und Gegenflansch in axialer Richtung zusammengedrückt werden, um die Abgasausströmöffnung mit der Abgaseinströmöffnung zu verbinden.
Die bekannten Flanschverbindungen haben sich insofern bewährt, als dass eine sichere Befestigung des Gegenflansches an dem Flansch möglich ist. Dennoch sind die bekannten Flanschverbindungen mit dem Nachteil behaftet, dass ein relativ großer Montagefreiraum im Bereich der Schraubverbindungen vorgesehen sein muss, um die Schraubverbindungen anziehen oder lösen zu können. Des Weiteren ist die Montage des Gegenflansches an dem Flansch relativ aufwendig, insbesondere zeitintensiv. Darüber hinaus ist der Fertigungsaufwand bei den Bestandteilen der bekannten Flanschverbindungen erhöht. Zu guter Letzt ist zu erwähnen, dass die bekannten Flanschverbindungen relativ bauraumintensiv gestaltet sind.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Flanschverbindung zur Erzielung einer Strömungsverbindung zwischen einer Abgasausströmöffnung eines Verbrennungsmotors und einer Abgaseinströmöffnung eines Turboladers zu schaffen, die lediglich einen geringen Montagefreiraum benötigt, einfach zu montieren ist, wenig Bauraum benötigt und einen geringen Fertigungsaufwand bei der Herstellung der Komponenten der Flanschverbindung bedingt. Der vorliegenden Erfindung liegt darüber hinaus die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeug mit einer derart vorteilhaften Flanschverbindung zur Erzielung einer Strömungsverbindung zwischen einer Abgasausströmöffnung eines Verbrennungsmotors und einer Abgaseinströmöffnung eines Turboladers zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 bzw. 13 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Zusammenfassung
Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Flanschverbindung zur Erzielung einer Strömungsverbindung zwischen einer Abgasausströmöffnung eines Verbrennungsmotors und einer Abgaseinströmöffnung eines Turboladers. Die Flanschverbindung weist einen Flansch einerseits, einen Gegenflansch andererseits und mindestens eine mit dem Flansch verbundene Schraubverbindung auf. Die Schraubverbindung ist derart ausgebildet, dass die einander zugewandten Vorderseiten von Flansch und Gegenflansch in axialer Richtung zusammendrückbar sind oder zusammengedrückt werden, wenn die Schraubverbindung angezogen wird oder ist. Darüber hinaus ist mindestens ein flanschseitiger Haltevorsprung vorgesehen. Der Haltevorsprung ist vorzugsweise in der Art eines Hakens und einstückig mit dem Flansch ausgebildet. In jedem Fall kann die Rückseite des Gegenflansches von dem Haltevorsprung hintergriffen werden oder sein. Des Weiteren weist die Flanschverbindung ein der Schraubverbindung zugeordnetes Spannteil auf, wobei das Spannteil vorzugsweise keilartig ausgebildet ist. Das Spannteil wirkt durch Anziehen der Schraubverbindung derart mit dem Gegenflansch zusammen, dass der Gegenflansch sowohl in axialer Richtung gegen die Vorderseite des Flansches als auch in radialer Richtung gegen den flanschseitigen Haltevorsprung drückbar oder gedrückt ist.
Dank des mindestens einen flanschseitigen Haltevorsprungs ist der Gegenflansch im Bereich des jeweiligen Haltevorsprungs sicher an dem Flansch gehalten, so dass hier keine weitere Schraubverbindung erforderlich ist. Somit entfällt im Bereich des mindestens einen flanschseitigen Haltevorsprungs die Notwendigkeit eines größeren Montagefreiraums wie er bei herkömmlichen Schraubverbindungen an dieser Stelle erforderlich wäre. Vielmehr kann ein Turbolader bzw. dessen gekrümmtes Abgasleitungsrohr in diesem Bereich relativ nah an der Flanschverbindung angeordnet sein, ohne dass hierdurch die Montage erschwert oder gar unmöglich gemacht würde. Dies hat überdies den Vorteil, dass die Flanschverbindung besonders kompakt und bauraumsparend ausgebildet ist. Darüber hinaus ist die Montage des Gegenflansches an dem Flansch vereinfacht, zumal im Bereich des mindestens einen Haltevorsprungs keine weitere Schraubverbindung angezogen werden muss, um die sichere Befestigung des Gegenflansches an dem Flansch in diesem Bereich zu gewährleisten. Des Weiteren ist die Fertigung der Bestandteile der Flanschverbindung vereinfacht, zumal beispielsweise kein zusätzliches Gewindeloch für die Schraubverbindung in dem Flansch erzeugt werden muss. Demgegenüber kann der flanschseitige Haltevorsprung beispielsweise einstückig mit dem Flansch ausgebildet sein und somit zum Beispiel zusammen mit dem Flansch als zusammenhängendes Gussteil im Rahmen eines Giessverfahrens erzeugt werden. Indem das Anziehen der Schraubverbindung ferner ein Drücken des Gegenflansches in radialer Richtung gegen den mindestens einen flanschseitigen Haltevorrichtung bewirkt, ist der Gegenflansch besonders sicher im Bereich der Haltevorsprünge an dem Flansch befestigt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flanschverbindung weist der Gegenflansch keine Durchgangslöcher auf. Der Verzicht auf Durchgangslöcher, die üblicherweise für Schraubverbindungen vorgesehen sind, ermöglicht eine einfache Herstellung sowie einen kompakten Aufbau des Gegenflansches.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flanschverbindung weist der Haltevorsprung einen Stützabschnitt auf, an dem ein Stützabschnitt des Gegenflansches abstützbar oder abgestützt ist. Um hierbei relativ kleinbauende Haltevorsprünge vorsehen zu können, ist der Stützabschnitt des Gegenflansches vorzugsweise randseitig an dem Gegenflansch vorgesehen, besonders bevorzugt an den in radialer Richtung nach außen weisenden Rand angrenzend angeordnet.
Um den Gegenflansch im Bereich des mindestens einen flanschseitigen Haltevorsprungs besonders sicher und fest gegen den Flansch bzw. dessen Vorderseite zu drücken, sind der Stützabschnitt an dem Haltevorsprung und der Stützabschnitt des Gegenflansches in einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flanschverbindung derart geformt, dass ein Drücken des Gegenflansches in radialer Richtung gegen den Haltevorsprung auch ein Drücken des Gegenflansches in axialer Richtung gegen die Vorderseite des Flansches bewirkt. Hierbei findet also sinngemäß eine zumindest teilweise Kraft- bzw. Druckumleitung statt, um eine besonders sichere und eng angrenzende Befestigung des Gegenflansches an dem Flansch zu bewirken. Wie bereits zuvor angedeutet, ist zu diesem Zweck keine zusätzliche Schraubverbindung im Bereich der Haltevorsprünge erforderlich, vielmehr wird die Verschiebung des Gegenflansches in radialer Richtung gegen den flanschseitigen Haltevorsprung durch das mit der Schraubverbindung zusammenwirkende Spannteil genutzt, um das sichere Zusammendrücken der Vorderseiten von Flansch und Gegenflansch auch im Bereich des mindestens einen Haltevorsprungs zu gewährleisten. Bei dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, wenn zumindest einer der aneinander abstützbaren oder abgestützten Stützabschnitte eine gegenüber den Vorderseiten von Flansch und Gegenflansch schräggestellte Stützfläche aufweist, um diese zumindest teilweise Kraft- bzw. Druckumleitung zu bewirken. In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die schräggestellte Stützfläche einen Schrägstellungswinkel zwischen 60° und 70° mit den Vorderseiten von Flansch und Gegenflansch einschließt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flanschverbindung weist der Gegenflansch einen gegenflanschseitigen Spannabschnitt auf, an dem ein erster Spannabschnitt des Spannteils durch Anziehen der Schraubverbindung abstützbar oder abgestützt ist. Hierbei ist es bevorzugt, wenn der gegenflanschseitige Spannabschnitt als randseitiger Spannabschnitt an dem Gegenflansch vorgesehen ist, vorzugsweise an den in radialer Richtung nach außen weisenden Rand des Gegenflansches angrenzt, um ein relativ kleinbauendes Spannteil einsetzen zu können.
Um das zuvor erwähnte Drücken des Gegenflansches in radialer Richtung gegen den flanschseitigen Haltevorsprung beim Anziehen der Schraubverbindung durch das Spannteil zu ermöglichen, sind die Spannabschnitte, also der gegenflanschseitige Spannabschnitt und der erste Spannabschnitt des Spannteils, in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flanschverbindung derart geformt, dass ein Drücken des Spannteils in axialer Richtung gegen den Gegenflansch auch ein Drücken des Gegenflansches in radialer Richtung gegen die flanschseitigen Haltevorsprünge bewirkt. Mit anderen Worten erfolgt auch hier eine zumindest teilweise Kraft- oder Druckumleitung der in axialer Richtung über das Spannteil aufgebrachten Kraft bzw. des aufgebrachten Drucks durch aufeinander abgestimmte Spannabschnitte an Gegenflansch und Spannteil. Bei dieser Ausführungsform ist es ferner bevorzugt, wenn zumindest einer der aneinander abstützbaren oder abgestützten Spannabschnitte eine gegenüber den Vorderseiten von Flansch und Gegenflansch schräggestellte Spannfläche aufweist, um die zumindest teilweise Kraft- bzw. Druckumleitung zu bewirken. Auch hierbei hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die schräggestellte Spannfläche einen Schrägstellungswinkel zwischen 60° und 70° mit den Vorderseiten von Flansch und Gegenflansch einschließt. Darüber hinaus ist es bei dieser Ausführungsform bevorzugt, wenn der Schrägstellungswinkel der Spannfläche dem Schrägstellungswinkel der zuvor erwähnten schräggestellten Stützfläche entspricht oder zumindest um maximal 3° von dem Schrägstellungswinkel der schräggestellten Stützfläche abweicht.
Um die Belastung der Schraubverbindung bezogen auf die radiale Richtung zu reduzieren, also beispielsweise einen eventuell vorhandenen Schaft der Schraubverbindung zu entlasten, ist in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flanschverbindung ein flanschseitiger Stützvorsprung vorgesehen, der vorzugsweise wiederum einstückig mit dem Flansch ausgebildet und gegebenenfalls ein zusammenhängendes Gussteil mit dem Flansch ausbildet. An dem flanschseitigen Stützvorsprung ist ein dem ersten Spannabschnitt abgewandter zweiter Spannabschnitt des Spannteils durch Anziehen der Schraubverbindung abstützbar oder abgestützt, so dass die auf den ersten Spannabschnitt wirkenden Kräfte und die auf den zweiten Spannabschnitt wirkenden Kräfte sich zumindest teilweise, vorzugsweise gänzlich, aufheben können, was zu einer Entlastung der Schraubverbindung, also beispielsweise eines eventuell vorhandenen Schaftes der Schraubverbindung, führt. Bei dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, wenn das Spannteil durch Anziehen der Schraubverbindung keilartig zwischen den Stützvorsprung und den Gegenflansch drückbar oder gedrückt ist.
Um den gegenflanschseitigen Spannabschnitt und den ersten Spannabschnitt an dem Spannteil sicher aneinander positionieren und führen zu können, weist der gegenflanschseitige Spannabschnitt oder/und der erste Spannabschnitt des Spannteils eine Vertiefung auf, in die der andere Spannabschnitt einführbar oder eingeführt ist. Dabei ist die Vertiefung vorzugsweise derart ausgebildet, dass der jeweils andere Spannabschnitt unter Erzielung einer seitlichen Führung desselben in die Vertiefung einführbar oder eingeführt ist. Darüber hinaus ist es bei dieser Ausführungsform bevorzugt, wenn die Vertiefung derart ausgebildet ist, dass der andere Spannabschnitt unter Erzielung einer vorbestimmten Ausrichtung des Gegenflansches relativ zu dem Spannteil in die Vertiefung einführbar oder eingeführt ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flanschverbindung weist die Schraubverbindung einen an dem Flansch befestigbaren oder befestigten Schaft auf, um die Verbindung der Schraubverbindung mit dem Flansch zu erzielen. In diesem Zusammenhang hat es sich hinsichtlich der Stabilität und des Fertigungsaufwandes als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Schaft in ein Gewindeloch an dem Flansch, also in ein flanschseitiges Gewindeloch, einschraubbar oder eingeschraubt ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flanschverbindung ist der zuvor erwähnte Schaft der Schraubverbindung von einem Gewindebolzen mit aufschraubbarer oder aufgeschraubter Schraubenmutter gebildet. Diese Ausführungsform ist insofern von Vorteil, als dass der Gewindebolzen bereits in ein flanschseitiges Gewindeloch eingeschraubt sein kann, bevor die Schraubenmutter zum Anziehen der Schraubverbindung aufgesetzt und angezogen wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flanschverbindung, die eine Alternative zu der vorangehend beschriebenen Ausführungsform darstellt, ist der Schaft der Schraubverbindung von einem Gewindeschaft einer Schraube mit Schraubenkopf gebildet. Diese Ausführungsform ist insofern von Vorteil, als dass die Teilevielzahl reduziert ist, so dass zumindest in dieser Hinsicht eine Erleichterung der Montage des Gegenflansches an dem Flansch erzielt werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flanschverbindung ist das Spannteil durch Anziehen der Schraubverbindung in axialer Richtung relativ zu dem Flansch bewegbar.
Grundsätzlich könnte das Spannteil auch einstückig mit der Schraubverbindung oder einem Teil desselben ausgebildet sein, also beispielsweise mit der Schraubenmutter oder dem Schraubenkopf der Schraube. Dies hätte jedoch zur Folge, dass sich das Spannteil beim Anziehen der Schraubverbindung mitdrehen würde, wobei die Drehbewegung zu einer zusätzlichen Krafteinwirkung in Umfangsrichtung des Spannteils auf den Gegenflansch führt. Auch müsste in diesem Fall ein aufwendig herzustellender gegenflanschseitiger Spannabschnitt bereitgestellt werden, um in jeder Drehstellung des Spannteils eine großflächige Abstützung des ersten Spannabschnitts des Spannteils an dem gegenflanschseitigen Spannabschnitt zu erreichen. Um diese Nachteile zu überwinden, ist das Spannteil in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flanschverbindung verschiebbar an dem Schaft der Schraubverbindung geführt und somit separat von der Schraubverbindung oder deren Bestandteilen ausgebildet. Hierdurch wird die Schaffung eines großen Kontaktbereichs zwischen dem ersten Spannabschnitt des Spannteils und dem gegenflanschseitigen Spannabschnitt vereinfacht, während der Gegenflansch durch Anziehen der Schraubverbindung über das Spannteil gezielt in dessen Befestigungsposition an dem Flansch gedrückt werden kann. Bei dieser Ausführungsform ist es ferner bevorzugt, wenn sich der Schaft der Schraubverbindung durch eine Durchgangsöffnung in dem Spannteil erstreckt, um eine verliersichere Führung des Spannteils an dem Schaft zu ermöglichen, was die Montage deutlich vereinfacht. Bei der Durchgangsöffnung handelt es sich vorzugsweise um eine vollständig von einem Öffnungsrand umgebene Durchgangsöffnung, also insbesondere nicht um einen randseitigen Einschnitt an dem Spannteil.
Grundsätzlich könnte das Spannteil zur Erzielung einer besonders hohen Stabilität als Vollteil ausgebildet sein, also beispielsweise von einem aus einem Vollmaterial gefrästen Bauteil gebildet sein. Um jedoch das Gewicht der Flanschverbindung zu reduzieren und den Fertigungsaufwand für die Herstellung des Spannteils zu verringern, ohne dabei die Stabilität des Spannteils und somit die sichere Befestigung des Gegenflansches an dem Flansch zu gefährden, ist das Spannteil in einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flanschverbindung von einem Blechformteil gebildet. Um hierbei einen besonders einfachen und leichtgewichtigen Aufbau des Spannteils zu erzielen, weist das Blechformteil einen der Schraubverbindung zugeordneten Basisabschnitt und einen abgewinkelten ersten Abschnitt zur Ausbildung des ersten Spannabschnitts des Spannteils auf. Unter dem der Schraubverbindung zugeordneten Basisabschnitt ist hierbei vorzugsweise derjenige Abschnitt des Blechformteils zu verstehen, durch den der Schaft der Schraubverbindung geführt ist oder/und über den die Kraft der Schraubverbindung beim Anziehen derselben in das Spannteil eingeleitet wird. So ist es bei dieser Ausführungsform bevorzugt, wenn die zuvor erwähnte Durchgangsöffnung für den Schaft der Schraubverbindung in dem Basisabschnitt des Blechformteils vorgesehen ist. Darüber hinaus ist es bei dieser Ausführungsform bevorzugt, wenn das Blechformteil ferner einen dem ersten Abschnitt abgewandten, abgewinkelten zweiten Abschnitt zur Ausbildung des zweiten Spannabschnitts aufweist. Der erste und zweite Abschnitt schließen sich bei dieser Ausführungsvariante somit auf einander gegenüberliegenden bzw. abgewandten Seiten des Basisabschnitts an den Basisabschnitt an.
Um etwaige Fertigungsungenauigkeiten in den Vorderseiten von Flansch und Gegenflansch auszugleichen und somit eine hohe Dichtigkeit bei der Strömungsverbindung zwischen der Abgasausströmöffnung und der Abgaseinströmöffnung zu erzielen, weist die Flanschverbindung ferner eine Dichtung auf, wobei die Vorderseiten von Flansch und Gegenflansch unter Zwischenlage der Dichtung zusammendrückbar oder zusammengedrückt sind. Die Dichtung ist dabei vorzugsweise als Flachdichtung ausgebildet. des Weiteren weist die zwischen den Vorderseiten von Flansch und Gegenflansch angeordnete Dichtung eine Durchströmöffnung auf, um das Hindurchströmen des Abgases von der Abgasausströmöffnung in die Abgaseinströmöffnung zu gewährleisten. Um die Dichtung insbesondere während des Zusammensetzens der Flanschverbindung sicher in ihrer vorbestimmten Position zu halten und somit die Montage zu vereinfachen, weist die Dichtung vorzugsweise ein Durchgangsloch auf, durch das sich der Schaft der Schraubverbindung erstreckt. Ist lediglich eine Schraubverbindung und somit lediglich ein Schaft derselben vorgesehen, so bestünde insbesondere bei der Montage des Gegenflansches an dem Flansch die Gefahr einer Drehbewegung der Dichtung um den Schaft bzw. die Achse des Schaftes der Schraubverbindung. Um ein solche Drehbewegung jedoch auch bei Verwendung lediglich einer Schraubverbindung sicher zu unterbinden und somit die Montage zu vereinfachen, ist es bei dieser Ausführungsform bevorzugt, wenn die Dichtung unter Einschränkung einer Drehbewegung der Dichtung um den Schaft an dem mindestens einen Haltevorsprung abstützbar oder abgestützt ist. So könnte die Dichtung bei Vorhandensein lediglich eines flanschseitigen Haltevorsprungs beispielsweise einen randseitigen Einschnitt aufweisen, in den sich der Haltevorsprung erstreckt, um die Einschränkung der Drehbewegung zu bewirken. Unabhängig von der jeweiligen Ausführungsvariante hat die beschriebene Ausführungsform den Vorteil, dass der ohnehin vorhandene mindestens eine Haltevorsprung zur Einschränkung der Drehbewegung der Dichtung um den Schaft verwendet wird, so dass auf ein zusätzliches Sicherungsmittel verzichtet werden kann, was den Aufbau der Flanschverbindung sowie deren Fertigung vereinfacht.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flanschverbindung ist lediglich eine Schraubverbindung vorgesehen, um den zum Anziehen und Lösen der Schraubverbindung notwendigen Montagefreiraum möglichst klein zu halten.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flanschverbindung sind eine erste Schraubverbindung und eine zweite Schraubverbindung vorgesehen. Hierbei ist es bevorzugt, wenn der ersten Schraubverbindung und der zweiten Schraubverbindung ein gemeinsames Spannteil zugeordnet ist. Auf diese Weise kann ein zusammenhängendes Spannteil geschaffen werden, mittels dessen ein besonders großer Kontaktbereich zwischen dem ersten Spannabschnitt des Spannteils und dem gegenflanschseitigen Spannabschnitt erzielt wird. Überdies kann hierdurch die Teilevielzahl reduziert werden, wodurch sich die Montage sowie der Aufbau der Flanschverbindung weiter vereinfacht. Um bei dieser Ausführungsform eine Mehrpunkt- bzw. Mehrbereichsabstützung zu erzielen, die geeignet ist, Fertigungsungenauigkeiten auszugleichen und eine besonders sichere Befestigung des Gegenflansches an dem Flansch zu gewährleisten, ist der gegenflanschseitige Spannabschnitt oder/und der erste Spannabschnitt des Spannteils vorzugsweise unter Erzielung zweier voneinander getrennter Kontaktbereiche zwischen dem gegenflanschseitigen Spannabschnitt und dem ersten Spannabschnitt des Spannteils ausgebildet. Hierbei hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn zur Erzielung zweier voneinander getrennter Kontaktbereiche eine Vertiefung oder Aussparung in dem gegenflanschseitigen Spannabschnitt oder/und dem ersten Spannabschnitt des Spannteils vorgesehen ist. Dies stellt eine relativ einfache Maßnahme dar, zwei voneinander getrennte Kontaktbereiche zu erzielen, so dass die Fertigung des flanschseitigen Spannabschnitts oder/und des ersten Spannabschnitts des Spannteils vereinfacht ist.
Grundsätzlich kann es ausreichen, lediglich einen flanschseitigen Haltevorsprung vorzusehen. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flanschverbindung sind jedoch zwei voneinander beabstandete Haltevorsprünge vorgesehen. Auch hierdurch wird wiederum eine Mehrpunkt- bzw. Mehrbereichsabstützung erzielt. Die Dichtung weist bei dieser Ausführungsform vorzugsweise einen sich in radialer Richtung zwischen die beiden Haltevorsprünge erstreckenden Drehsicherungsabschnitt zur Einschränkung der Drehbewegung der Dichtung um den Schaft der Schraubverbindung auf. Mithin können auch bei dieser Ausführungsvariante die ohnehin vorhandenen beiden Haltevorsprünge als Verdrehsicherung für die Dichtung zwischen Flansch und Gegenflansch verwendet werden.
Grundsätzlich könnte der mindestens eine Haltevorsprung oder/und der mindestens eine Stützvorsprung zunächst als separates Teil gefertigt werden, um dieses anschließend an dem Flansch zu befestigen, also beispielsweise durch Schrauben, Verschweißen oder ähnliches. Hierdurch würde jedoch der Fertigungsaufwand für die Flanschverbindung deutlich erhöht. Aus diesem Grunde ist der mindestens eine Haltevorsprung oder/und der mindestens eine Stützvorsprung in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flanschverbindung einstückig mit dem Flansch ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, wenn der mindestens eine Haltevorsprung oder/und der mindestens eine Stützvorsprung mit dem Flansch als einstückiges Gussteil ausgebildet ist.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs weist einen Verbrennungsmotor, der eine Abgasausströmöffnung aufweist, und einen Turbolader auf, der eine Abgaseinströmöffnung aufweist. Die Abgasausströmöffnung steht über eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flanschverbindung mit der Abgaseinströmöffnung in Strömungsverbindung.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist der Flansch an dem Verbrennungsmotor vorgesehen, während der Gegenflansch an dem Turbolader vorgesehen ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist der Flansch einstückig mit einem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors ausgebildet, wobei Flansch und Zylinderkopf vorzugsweise als zusammenhängendes Gussteil ausgebildet sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs weist der Turbolader ein sich an den Gegenflansch anschließendes, in radialer Richtung gekrümmtes Abgasleitungsrohr auf. Mit anderen Worten kann bei dieser Ausführungsform das Abgas über die Abgaseinströmöffnung in das gekrümmte Abgasleitungsrohr des Turboladers gelangen, bevor das Abgas anschließend an dem Turbinenrad des Turboladers vorbei geführt oder dem Turbinenrad zugeführt wird. Dank der Verwendung der flanschseitigen Haltevorsprünge anstelle von zusätzlichen Schraubverbindungen kann das gekrümmte Abgasleitungsrohr besonders flexibel angeordnet sein, ohne dabei einen Montagefreiraum zur Montage des Gegenflansches an dem Flansch einzuschränken, zumal im Bereich der Haltevorsprünge kein Montagefreiraum vonnöten ist. Bei dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, wenn sich das gekrümmte Abgasleitungsrohr einstückig an den Gegenflansch anschließt, also einstückig mit dem Gegenflansch ausgebildet ist. Darüber hinaus ist es bei dieser Ausführungsform bevorzugt, wenn das gekrümmte Abgasleitungsrohr in radialer Richtung über den Gegenflansch hervorsteht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist der mindestens eine Haltevorsprung in der Einbauposition der Flanschverbindung innerhalb des Kraftfahrzeugs in Höhenrichtung oberhalb oder unterhalb des Spannteils angeordnet. Hierdurch wird die Montage des Gegenflansches an dem Flansch vereinfacht, wenn sich die Flanschverbindung in ihrer Einbauposition innerhalb des Kraftfahrzeugs befindet. Unter der Höhenrichtung ist in diesem Zusammenhang die Höhenrichtung des Kraftfahrzeugs zu verstehen. Darüber hinaus hat es sich bei der Montage als vorteilhaft herausgestellt, wenn die beiden Haltevorsprünge in einer gemeinsamen ersten Höhe und die erste und zweite Schraubverbindung vorzugsweise in einer gemeinsamen zweiten Höhe angeordnet sind.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand beispielhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flanschverbindung,
2 eine Querschnittsansicht der Flanschverbindung von 1,
3 die Flanschverbindung von 1 in einer Explosionsdarstellung,
4 eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flanschverbindung,
5 eine Querschnittsansicht der Flanschverbindung von 4 und
6 eine Explosionsdarstellung der Flanschverbindung von 4.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 bis 3 zeigen eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flanschverbindung 2. In den Figuren sind die einander entgegengesetzten axialen Richtungen 4, 6 und die einander entgegengesetzten radialen Richtungen 8, 10 der Flanschverbindung 2 anhand entsprechender Pfeile angedeutet. Die Flanschverbindung 2 ist in einem Kraftfahrzeug vorgesehen, das einen Verbrennungsmotor 12 und einen Turbolader 14 aufweist. In den Figuren sind ferner die einander entgegengesetzten Höhenrichtungen des Kraftfahrzeugs angedeutet, die mit den Bezugszeichen 16 und 18 versehen sind.
Der Verbrennungsmotor 12 weist einen Zylinderkopf 20 auf. Der Zylinderkopf 20 ist einstückig mit einem Flansch 22 der Flanschverbindung 2 ausgebildet, wobei Zylinderkopf 20 und Flansch 22 als zusammenhängendes Gussteil ausgebildet sind. Darüber hinaus weist die Flanschverbindung 2 einen Gegenflansch 24 auf, der keinerlei Durchgangslöcher für Schraubverbindungen aufweist. Der Turbolader 14 weist dabei ein sich in axialer Richtung 6 an den Gegenflansch 24 einstückig anschließendes, in radialer Richtung 8 gekrümmtes Abgasleitungsrohr 26 und 28 auf, die aufgrund ihrer Krümmung in radialer Richtung 8, hier in Höhenrichtung 16 nach oben, nach außen über den Gegenflansch 24 hervorstehen. Während der Flansch 22 eine in die axiale Richtung 6 weisende Vorderseite 30 aufweist, weist der Gegenflansch 24 eine in axiale Richtung 4 weisende Vorderseite 32 auf. Mithin sind die Vorderseiten 30, 32 einander zugewandt und können in axialer Richtung 4, 6 zusammengedrückt werden.
Um die Vorderseiten 30, 32 in axialer Richtung 4, 6 zusammendrücken zu können, weist die Flanschverbindung 2 ferner eine mit dem Flansch 22 verbundene Schraubverbindung 34 auf. Die Schraubverbindung 34 weist einen an dem Flansch 22 oder Zylinderkopf 20 befestigbaren oder befestigten Schaft 36 auf. In der dargestellten Ausführungsform ist der Schaft 36 von einem Gewindebolzen gebildet, der in ein flanschseitiges Gewindeloch 38 einschraubbar oder eingeschraubt ist. Der als Gewindebolzen ausgebildete Schaft 36 erstreckt sich dabei in den axialen Richtungen 4, 6. Darüber hinaus weist die Schraubverbindung 34 eine auf den als Gewindebolzen ausgebildeten Schaft 36 aufschraubbare oder aufgeschraubte Schraubenmutter 40 auf, über die letztlich die Kraft zum Zusammendrücken der Vorderseiten 30, 32 von Flansch 22 und Gegenflansch 24 aufgebracht wird. Alternativ kann die Schraubverbindung 34 jedoch auch eine Schraube mit einem Schraubenkopf aufweisen, deren Gewindeschaft den in das Gewindeloch 38 einschraubbaren oder eingeschraubten Schaft 36 ausbildet, so dass auf eine separate Schraubenmutter 40 verzichtet werden kann.
Es sind ferner zwei flanschseitige Haltevorsprünge 42 vorgesehen, mittels derer die in axiale Richtung 6 weisende Rückseite 44 des Gegenflansches 24 hintergreifbar oder hintergriffen ist. Die beiden Haltevorsprünge 42, 42 sind seitlich voneinander beabstandet, im Wesentlichen identisch ausgebildet und bezogen auf die Höhenrichtungen 16, 18 in derselben Höhe h₁ angeordnet. Beide Haltevorsprünge 42, 42 sind darüber hinaus einstückig mit dem Flansch 22 oder dem Zylinderkopf 20 ausgebildet, so dass die Haltevorsprünge 42, 42 zusammen mit dem Flansch 22 und dem Zylinderkopf 20 als einstückiges Gussteil ausgebildet sind. Die Haltevorsprünge 42, 42 weisen jeweils einen Stützabschnitt 46 auf, an dem ein randseitiger Stützabschnitt 48 des Gegenflansches 24 abstützbar oder abgestützt ist. Die Stützabschnitte 46 an den Haltevorsprüngen 42 und der Stützabschnitt 48 an dem Gegenflansch 24 sind dabei derart geformt, dass ein Drücken des Gegenflansches 24 in radialer Richtung 8, hier in Höhenrichtung 16, gegen die Haltevorsprünge 42, 42 auch ein Drücken des Gegenflansches 24 in axialer Richtung 4 gegen die Vorderseite 30 des Flansches 22 bewirkt. Zu diesem Zweck weisen sowohl die Stützabschnitte 46, 46 der Haltevorsprünge 42, 42 als auch der Stützabschnitt 48 des Gegenflansches 24 einander zugewandte, gegenüber den Vorderseiten 30, 32 von Flansch 22 und Gegenflansch 24 schräggestellte Stützflächen 50 bzw. 52 auf, wie dies insbesondere der 2 entnommen werden kann. Somit ist ein Schrägstellungswinkel α zwischen den Stützflächen 50, 52 und den Vorderseiten 30, 32 eingeschlossen, der vorzugsweise einen Wert zwischen 60° und 70° annimmt. In der dargestellten Ausführungsform sind die Haltevorsprünge 42, 42 derart angeordnet, dass der Gegenflansch 24 in Höhenrichtung 16 und in axialer Richtung 6 an den Haltevorsprüngen 42, 42 abstützbar oder abgestützt ist, so dass sinngemäß der in Höhenrichtung 16 nach oben weisende Rand des Gegenflansches 24 mit den Haltevorsprüngen 42, 42 zusammenwirkt, wenn die Befestigung des Gegenflansches 24 an dem Flansch 22 erfolgt ist.
Um die auf die Schraubverbindung 34 aufgebrachte Kraft auf den Gegenflansch 24 aufbringen zu können und somit Flansch 22 und Gegenflansch 24 zusammenzudrücken, ist ferner ein Spannteil 54 vorgesehen. Das Spannteil 54 kann durch Anziehen der Schraubverbindung 34 in axialer Richtung 4 und durch Lösen der Schraubverbindung 34 in axialer Richtung 6 relativ zu dem Flansch 22 bzw. dem Zylinderkopf 20 bewegt werden. Wenngleich dies grundsätzlich möglich wäre, so ist das Spannteil 54 jedoch nicht einstückig mit der Schraubenmutter 40 oder dem Schaft 36 ausgebildet, das Spannteil 54 ist vielmehr in axialer Richtung 4, 6 verschiebbar an dem Schaft 36 geführt. Zu diesem Zweck weist das Spannteil 54 eine Durchgangsöffnung 56 auf, durch die sich der Schaft 36 der Schraubverbindung 34 in axialer Richtung 4, 6 erstreckt. Das Spannteil 54 und die mindestens eine Schraubverbindung 34 sind bezogen auf die Höhenrichtung 16, 18 in einer Höhe h₂ angeordnet, die geringer als die zuvor erwähnte Höhe h₁ ist, so dass der mindestens eine Haltevorsprung 42 in der Einbauposition der Flanschverbindung 2 in dem Kraftfahrzeug in Höhenrichtung 16 oberhalb des Spannteils 54 und der Schraubverbindung 34 angeordnet ist. Sollten zwei oder mehr Schraubverbindungen 34 vorgesehen sein, wie dies beispielsweise in der später näher beschriebenen Ausführungsform nach den 4 bis 6 der Fall ist, so sind die zwei oder mehr Schraubverbindungen 34 vorzugsweise in derselben Höhe h₂ angeordnet. Unabhängig von der jeweiligen Ausführungsvariante kann der mindestens eine Haltevorsprung 42 auch in Höhenrichtung 18 unterhalb des Spannteils 54 bzw. der mindestens einen Schraubverbindung 34 angeordnet sein, die in den 1 bis 6 dargestellten Ausführungsformen sind jedoch bevorzugt.
Um einen vorbestimmten Berührungsbereich zwischen dem Spannteil 54 und dem Gegenflansch 24 vorzugeben, weist der Gegenflansch 24 einen gegenflanschseitigen Spannabschnitt 58 auf, an dem ein erster Spannabschnitt 60 des Spannteils 54 durch Anziehen der Schraubverbindung 34 abstützbar oder abgestützt ist. Der gegenflanschseitige Spannabschnitt 58 ist wiederum randseitig an dem Gegenflansch 24 vorgesehen, in der dargestellten Ausführungsform an dem in Höhenrichtung 18 nach unten weisenden Rand des Gegenflansches 24 ausgebildet. Der gegenflanschseitige Spannabschnitt 58 und der erste Spannabschnitt 60 des Spannteils 54 sind derart geformt, dass ein Drücken des Spannteils 54 in axialer Richtung 4 gegen den Gegenflansch 24 auch ein Drücken des Gegenflansches 24 in radialer Richtung 8, hier in Höhenrichtung 16 nach oben, gegen die flanschseitigen Haltevorsprünge 42, 42 bewirkt. Zu diesem Zweck weisen die aneinander abstützbaren oder abgestützten Spannabschnitte 58, 60 gegenüber den Vorderseiten 30, 32 von Flansch 22 und Gegenflansch 24 schräggestellte Spannflächen 62, 64 auf, die einen Schrägstellungswinkel β mit den Vorderseiten 30, 32 einschließen, der vorzugsweise einen Wert zwischen 60° und 70° annimmt. Die beiden Schrägstellungswinkel α und β entsprechen einander vorzugsweise oder es besteht allenfalls eine geringfügige Abweichung zwischen den Schrägstellungswinkeln α und β, die besonders bevorzugt maximal 3° beträgt.
Wie aus den 1 bis 3 ersichtlich, ist ferner ein dem Spannteil 54 zugeordneter, flanschseitiger Stützvorsprung 66 vorgesehen. An dem Stützvorsprung 66, der einstückig mit dem Flansch 22 oder dem Zylinderkopf 20 ausgebildet ist und mit dem Zylinderkopf 20, dem Flansch 22 und den Haltevorsprüngen 42, 42 ein einstückiges Gussteil ausbildet, ist ein zweiter Spannabschnitt 68 des Spannteils 54 durch Anziehen der Schraubverbindung 34 abstützbar oder abgestützt. Der zweite Spannabschnitt 68 ist auf der dem ersten Spannabschnitt 60 abgewandten Seite des Spannteils 54 vorgesehen. Mit anderen Worten ist der erste Spannabschnitt 60 dem Gegenflansch 24 zugewandt, während der zweite Spannabschnitt 68 dem Gegenflansch 24 abgewandt und dem Stützvorsprung 66 zugewandt ist. In der dargestellten Ausführungsform weist der erste Spannabschnitt 60 des Spannteils 54 in die radiale Richtung 10 nach innen, während der Spannabschnitt 68 des Spannteils 54 in radialer Richtung 8 nach außen weist. Das Spannteil 54 ist dabei vorzugsweise keilartig ausgebildet, wie dies beispielsweise den 1 bis 3 entnommen werden kann, in denen das Spannteil 54 einen trapezförmigen Querschnitt aufweist. Mithin kann das Spannteil 54 durch Anziehen der Schraubverbindung 34 keilartig zwischen den Stützvorsprung 66 einerseits und den Spannabschnitt 58 des Gegenflansches 24 andererseits gedrückt werden oder sein. Das Spannteil 54 ist somit in radialer Richtung 10 nach innen an dem Gegenflansch 24 und in radialer Richtung 8 nach außen an dem Stützvorsprung 66 abstützbar oder abgestützt, wodurch eine Entlastung der Schraubverbindung 34, insbesondere des Schaftes 36 der Schraubverbindung 34, bewirkt ist.
Wie insbesondere aus 3 ersichtlich, weist der gegenflanschseitige Spannabschnitt 58 eine Vertiefung 70 auf, in die der erste Spannabschnitt 60 unter Erzielung einer seitlichen Führung desselben sowie einer vorbestimmten Ausrichtung des Gegenflansches 24 relativ zu dem Spannteil 54 einführbar oder eingeführt ist. In der dargestellten Ausführungsform wird der Boden der Vertiefung 70 von der zuvor erwähnten Spannfläche 62 des gegenflanschseitigen Spannabschnitts 58 gebildet. Alternativ oder ergänzend könnte der erste Spannabschnitt 60 des Spannteils 54 eine Vertiefung aufweisen, in die der gegenflanschseitige Spannabschnitt 58 unter Erzielung einer seitlichen Führung und einer vorbestimmten Ausrichtung des Gegenflansches 24 relativ zu dem Spannteil 54 einführbar oder eingeführt ist.
Die Vorderseiten 30, 32 von Flansch 22 und Gegenflansch 24 sind jedoch nicht unmittelbar, sondern vielmehr unter Zwischenlage einer Dichtung 72 zusammendrückbar oder zusammengedrückt. Die Dichtung 72, die als Flachdichtung ausgebildet ist, weist eine Durchströmöffnung 74 zum Hindurchströmen von Abgas auf. Darüber hinaus weist die Dichtung 72 ein von der Durchströmöffnung 74 beabstandetes Durchgangsloch 76 auf, durch das der Schaft 36 der Schraubverbindung 34 hindurchführbar oder hindurchgeführt ist, so dass sich der Schaft 36 der Schraubverbindung 34 im Zusammenbauzustand der Flanschverbindung 2 durch das Durchgangsloch 76 erstreckt. Da bei lediglich einer Schraubverbindung 34 bzw. bei lediglich einem Schaft 36 die Gefahr besteht, dass sich die Dichtung 72 bei der Montage um die sich in axialer Richtung 4, 6 erstreckende Längsachse des Schaftes 36 dreht und somit nicht mehr die vorbestimmte Position einnimmt, ist die Dichtung 72 verdrehgesichert. Zu diesem Zweck ist die Dichtung 72 unter Einschränkung einer Drehbewegung der Dichtung 72 um den Schaft 36 an mindestens einem der Haltevorsprünge 42, 42 abstützbar oder abgestützt. Mit anderen Worten dient der ohnehin vorhandene Haltevorsprung 42 gleichermaßen der Verdrehsicherung der Dichtung 72 während der Montage, so dass auf ein zusätzliches Verdrehsicherungsmittel an dem Flansch 22 oder dem Zylinderkopf 20 verzichtet werden kann. In der dargestellten Ausführungsform wird dies dadurch erreicht, dass die Dichtung 72 einen sich in radialer Richtung 8 nach außen zwischen die beiden Haltevorsprünge 42, 42 erstreckenden Drehsicherungsabschnitt 78 zur Einschränkung der Drehbewegung der Dichtung 72 um die sich in axialer Richtung 4, 6 erstreckende Längsachse des Schaftes 36 aufweist.
Nachstehend werden die Vorgehensweise bei der Montage der Flanschverbindung 2 sowie weitere Merkmale derselben unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben.
Der Zylinderkopf 20 weist im Bereich des Flansches 22 eine Abgasausströmöffnung 80 auf, während der Turbolader 14, genauer gesagt dessen Abgasleitungsrohr 26, 28 im Bereich des Gegenflansches 24 eine Abgaseinströmöffnung 82 aufweist, wobei mit Hilfe der Flanschverbindung 2 eine Strömungsverbindung zwischen der Abgasausströmöffnung 80 und der Abgaseinströmöffnung 82 erzielt werden soll. Zu diesem Zweck wird zunächst der von einem Gewindebolzen gebildete Schaft 36 der Schraubverbindung 34 in das Gewindeloch 38, das vorzugsweise als Gewindesackloch ausgebildet ist, eingeschraubt, um den Schaft 36 sicher mit dem Flansch 22 bzw. dem Zylinderkopf 20 zu verbinden. Anschließend wird die Dichtung 72 in axialer Richtung 4 an den Zylinderkopf 20 derart herangeführt, dass diese an der Vorderseite 30 des Flansches 22 anliegt, wobei sich der Schaft 36 in axialer Richtung 4, 6 durch das Durchgangsloch 76 in der Dichtung 72 erstreckt. Darüber hinaus erstreckt sich der Drehsicherungsabschnitt 78 nach dem Anbringen der Dichtung 72 in radialer Richtung 8 nach außen bzw. in Höhenrichtung 16 nach oben zwischen die beiden Haltevorsprünge 42, 42, um die Drehbewegung der Dichtung 72 um den Schaft 36 durch Abstützung des Drehsicherungsabschnitts 78 an den Haltevorsprüngen 42, 42 einzuschränken. Anschließend wird der Gegenflansch 24 des Turboladers 14 in axialer Richtung 4 an den Flansch 22 herangeführt, so dass der Gegenflansch 24 in axialer Richtung 4 unter Zwischenlage der Dichtung 72 an der Vorderseite 30 des Flansches 22 anliegt. Anschließend wird das keilförmige Spannteil 54 auf den hervorstehenden Schaft 36 aufgeschoben, so dass sich der Schaft 36 durch die Durchgangsöffnung 56 in dem Spannteil 54 erstreckt, das nunmehr in axialer Richtung 4, 6 an dem Schaft 36 geführt ist. Danach wird die Schraubenmutter 40 der Schraubverbindung 34 auf das in axialer Richtung 6 über das Spannteil 54 hervorstehende Ende des als Gewindebolzen ausgebildeten Schaftes 36 aufgeschraubt und angezogen.
Durch das Anziehen der Schraubenmutter 40 der Schraubverbindung 34 drückt die Schraubenmutter 40 gegen die dem Zylinderkopf 20 abgewandte Oberseite des Spannteils 54, so dass das Spannteil 54 in axialer Richtung 4, also in Richtung des Flansches 22 bzw. des Zylinderkopfes 20 bewegt oder gedrückt wird. Dabei bewirkt das Zusammenspiel zwischen dem ersten Spannabschnitt 60 des Spannteils 54 und dem gegenflanschseitigen Spannabschnitt 58, dass der Gegenflansch 24 durch Anziehen der Schraubverbindung 34 sowohl in axialer Richtung 4 gegen die Vorderseite 30 des Flansches 22 als auch in radialer Richtung 8, hier in Höhenrichtung 16, gegen die flanschseitigen Haltevorsprünge 42, 42 gedrückt wird. Im Bereich der Haltevorsprünge 42, 42 bewirken die aufeinander abgestimmten Stützabschnitte 46, 46, 48, dass der Gegenflansch 24 beim Drücken desselben in radialer Richtung 8 gegen die Haltevorsprünge 42, auch im Bereich der Haltevorsprünge 42, 42 in axialer Richtung 4 gegen die Vorderseite 30 des Flansches 22 gedrückt wird.
Aus der vorangehenden Beschreibung ist ersichtlich, dass im Bereich der Haltevorsprünge 42, 42 keine weitere Schraubverbindung erforderlich ist, um auch hier eine sichere Befestigung des Gegenflansches 24 an dem Flansch 22 zu erzielen. Mithin kann in axialer Richtung 6 hinter den Haltevorsprüngen 42, 42 auf einen entsprechenden Montagefreiraum verzichtet werden, so dass sich das gekrümmte Abgasleitungsrohr 26 des Turboladers 14 platz- und bauraumsparend in diesen Bereich erstrecken kann. Der Montagefreiraum ist vielmehr lediglich in axialer Richtung 6 hinter der Schraubverbindung 34 vorzusehen, um deren Anziehen zu ermöglichen.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die 4 bis 6 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flanschverbindung 2 beschrieben, die im Wesentlichen der ersten Ausführungsform entspricht, so dass nachstehend lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll, gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Teile verwendet werden und die vorangehende Beschreibung im Übrigen entsprechend gilt.
Während das Spannteil 54 bei der ersten Ausführungsform als Vollteil ausgebildet ist, wird das Spannteil 54 bei der zweiten Ausführungsform nach den 4 bis 6 von einem Blechformteil gebildet. Das als Blechformteil ausgebildete Spannteil 54 weist einen Basisabschnitt 84 auf, in dem die zuvor Durchgangsöffnung 56 vorgesehen ist, so dass der Basisabschnitt 84 der Schraubverbindung 34 zugeordnet ist, wobei die Kraft der Schraubverbindung 34 vorzugsweise über den Basisabschnitt 84 auf das Spannteil 54 aufgebracht werden kann. Darüber hinaus weist das als Blechformteil ausgebildete Spannteil 54 einen abgewinkelten ersten Abschnitt 86 zur Ausbildung des ersten Spannabschnitts 60 und einen dem ersten Abschnitt 86 abgewandten, abgewinkelten zweiten Abschnitt 88 zur Ausbildung des zweiten Spannabschnitts 68 auf. Zwischen dem ersten Abschnitt 86 und dem zweiten Abschnitt 88 ist in axialer Richtung 6 hinter dem Basisabschnitt 84 ein Aufnahmeraum 90 ausgebildet, in dem die Schraubenmutter 40, bei Verwendung einer Schraube der Schraubenkopf, aufnehmbar ist, wie dies insbesondere aus 5 hervorgeht. Mithin dient die Ausbildung des Spannteils 54 als Blechformteil nicht nur der Gewichtsreduzierung, sondern vielmehr auch der Bauraumoptimierung. Darüber hinaus ist neben der bereits zuvor beschriebenen ersten Schraubverbindung 34 ferner eine zweite Schraubverbindung 92 gleicher Bauart vorgesehen, wobei die beiden Schraubverbindungen 34, 92 – wie bereits zuvor angedeutet – in der gemeinsamen Höhe h₂ voneinander beabstandet und nebeneinander angeordnet sind, wobei die beiden Schraubverbindungen 34, 92 der zweiten Ausführungsform vorzugsweise jeweils kleiner dimensioniert sind als die Schraubverbindung 34 der ersten Ausführungsform. Das Spannteil 54 ist dabei als gemeinsames Spannteil 54 sowohl der ersten Schraubverbindung 34 als auch der zweiten Schraubverbindung 92 zugeordnet. Mithin ist in dem Basisabschnitt 84 des Spannteils 54 eine zweite Durchgangsöffnung 94 vorgesehen, durch die sich der Schaft 36 der zweiten Schraubverbindung 92 erstrecken kann. Eine der beiden Durchgangsöffnungen 56 und 94, im vorliegenden Beispiel die zweite Durchgangsöffnung 94, ist hierbei als Langloch ausgebildet, während die andere Durchgangsöffnung 94, 56, in diesem Fall die erste Durchgangsöffnung 56, als einfaches, vorzugsweise kreisrundes, Loch ausgebildet ist. Hierdurch wird die Montage und das Anlegen des Spannteils 54 an den Gegenflansch 24 vereinfacht.
Im Gegensatz zu der ersten Ausführungsform, bei der die eine Führung des Spannteils 54 an dem Gegenflansch 24 bewirkende Vertiefung 70 in dem gegenflanschseitigen Spannabschnitt 58 vorgesehen ist, ist bei der zweiten Ausführungsform eine Vertiefung 96 an dem ersten Spannabschnitt 60 des Spannteils 54 vorgesehen, in die der gegenflanschseitige Spannabschnitt 58 unter Erzielung einer seitlichen Führung desselben und einer vorbestimmten Ausrichtung des Gegenflansches 24 relativ zu dem Spannteil 54 einführbar oder eingeführt ist. Die Vertiefung 96 in dem ersten Spannabschnitt 60 des Spannteils 54 ist in der dargestellten Ausführungsform durch seitlich umgebogene Laschen 98 an dem ersten Spannabschnitt 60 des als Blechformteil ausgebildeten Spannteils 54 erzeugt.
Um im Bereich des Spannteils 54 eine Zwei- oder Mehrbereichsabstützung des Gegenflansches 24 an dem Spannteil 54 in axialer Richtung 6 zu bewirken, ist der gegenflanschseitige Spannabschnitt 58 unter Erzielung zweier voneinander getrennter Kontaktbereiche 100, 102 zwischen dem gegenflanschseitigen Spannabschnitt 58 und dem ersten Spannabschnitt 60 des Spannteils 54 ausgebildet. Zur Ausbildung der beiden voneinander getrennten Kontaktbereiche 100, 102 ist eine Vertiefung oder Aussparung 104 in dem gegenflanschseitigen Spannabschnitt 58 vorgesehen. Alternativ oder ergänzend könnte diese Vertiefung oder Aussparung 104 jedoch auch in dem ersten Spannabschnitt 60 des Spannteils 54, also beispielsweise in dem ersten Abschnitt 86 des Blechformteils, ausgebildet sein. Mithin wird in der dargestellten Ausführungsform eine Vierbereichsabstützung des Gegenflansches 24 in axialer Richtung 6 an den beiden Haltevorsprüngen 42, 42 und dem Spannteil 54 erzielt, wenn die Flanschverbindung 2 fertig montiert ist.
Wie aus 6 ersichtlich, weist die Dichtung 72 bei der zweiten Ausführungsform ferner ein zweites Durchgangsloch 106 auf, das von dem Durchgangsloch 76 beabstandet ist und durch das sich der Schaft 36 der zweiten Schraubverbindung 92 erstrecken kann. Auch das zweite Durchgangsloch 106 ist im Gegensatz zu dem ersten Durchgangsloch 76, das vorzugsweise kreisrund ausgebildet ist und der Zentrierung dient, als Langloch ausgebildet, um beispielsweise bei Fertigungsungenauigkeiten oder Formänderungen der Dichtung als Ausgleich zu fungieren. Dank der beiden Durchgangslöcher 76, 106 wird bereits eine Verdrehsicherung der Dichtung 72 erzielt, so dass die Dichtung 72 auf den in der ersten Ausführungsform verwendeten Drehsicherungsabschnitt 78 verzichten kann, zumal die beiden sich durch die Durchgangslöcher 76, 106 erstreckenden Schafte 36, 36 der beiden Schraubverbindungen 34 und 92 bereits eine Verdrehsicherung der Dichtung 72 bewirken.
Abschließend sei erwähnt, dass auch das Spannteil 54 gemäß der ersten Ausführungsform als ein dem Blechformteil nach der zweiten Ausführungsform im Wesentlichen entsprechendes Blechformteil, wenn auch kleiner, ausgebildet sein kann, wobei in diesem Fall auch auf die Laschen 98 zugunsten der ohnehin vorhandenen Vertiefung 70 in dem gegenflanschseitigen Spannabschnitt 58 grundsätzlich verzichtet werden könnte, wenn die Führungsfunktion für den Gegenflansch 24 von den seitlichen Wandungen der Vertiefung 70 ausübbar ist, zwischen die sich der erste Spannabschnitt 60 erstreckt.
Da vorstehend lediglich eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurden, sei klargestellt, dass grundsätzlich eine Vielzahl von Variationen und Abweichungen möglich sind. Es sei ferner klargestellt, dass die beschriebenen Ausführungsformen lediglich Beispiele darstellen, die den Schutzbereich, die Anwendbarkeit oder den Aufbau nicht einschränken. Vielmehr stellen die Zusammenfassung und die beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine praktische Anleitung für den Fachmann dar, auf deren Grundlage der Fachmann zu zumindest einer beispielhaften Ausführungsform gelangen kann. Dabei ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass verschiedene Veränderungen betreffend die Funktion und die Anordnung der unter Bezugnahme auf die in den beispielhaften Ausführungsformen beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass von dem Bereich der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalenten abgewichen wird.
Bezugszeichenliste

2: Flanschverbindung
4: axiale Richtung
6: axiale Richtung
8: radiale Richtung
10: radiale Richtung
12: Verbrennungsmotor
14: Turbolader
16: Höhenrichtung
18: Höhenrichtung
20: Zylinderkopf
22: Flansch
24: Gegenflansch
26: Abgasleitungsrohr
28: Abgasleitungsrohr
30: Vorderseite
32: Vorderseite
34: Schraubverbindung
36: Schaft
38: Gewindeloch
40: Schraubenmutter
42: Haltevorsprung
44: Rückseite
46: Stützabschnitt
48: Stützabschnitt
50: Stützfläche
52: Stützfläche
54: Spannteil
56: Durchgangsöffnung
58: Spannabschnitt
60: erster Spannabschnitt
62: Spannfläche
64: Spannfläche
66: Stützvorsprung
68: zweiter Spannabschnitt
70: Vertiefung
72: Dichtung
74: Durchströmöffnung
76: Durchgangsloch
78: Drehsicherungsabschnitte
80: Abgasausströmöffnung
82: Abgaseinströmöffnung
84: Basisabschnitt
86: erster Abschnitt
88: zweiter Abschnitt
90: Aufnahmeraum
92: zweite Schraubverbindung
94: zweite Durchgangsöffnung
96: Vertiefung
98: Laschen
100: Kontaktbereich
102: Kontaktbereich
104: Vertiefung/Aussparung
106: Durchgangsloch
α: Schrägstellungswinkel
β: Schrägstellungswinkel
h₁: Höhe
h₂: Höhe

Claims

Flanschverbindung (2) zur Erzielung einer Strömungsverbindung zwischen einer Abgasausströmöffnung (80) eines Verbrennungsmotors (12) und einer Abgaseinströmöffnung (82) eines Turboladers (14) mit einem Flansch (22), einem Gegenflansch (24) und mindestens einer mit dem Flansch (22) verbundenen Schraubverbindung (34; 92), mittels derer die einander zugewandten Vorderseiten (30, 32) von Flansch (22) und Gegenflansch (24) in axialer Richtung (4, 6) zusammendrückbar oder zusammengedrückt sind, wobei mindestens ein flanschseitiger Haltevorsprung (42), mittels dessen die Rückseite (44) des Gegenflansches (24) hintergreifbar oder hintergriffen ist, und ein der Schraubverbindung (34; 92) zugeordnetes Spannteil (54) vorgesehen ist, das durch Anziehen der Schaubverbindung (34; 92) derart mit dem Gegenflansch (24) zusammenwirkt, dass der Gegenflansch (24) sowohl in axialer Richtung (4) gegen die Vorderseite (30) des Flansches (22) als auch in radialer Richtung (8) gegen den flanschseitigen Haltevorsprung (42) drückbar oder gedrückt ist.
Flanschverbindung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltevorsprung (42) einen Stützabschnitt (46) aufweist, an dem ein, gegebenenfalls randseitiger, Stützabschnitt (48) des Gegenflansches (24) abstützbar oder abgestützt ist, wobei die Stützabschnitte (46, 48) vorzugsweise derart geformt sind, dass ein Drücken des Gegenflansches (24) in radialer Richtung (8) gegen den Haltevorsprung (42) auch ein Drücken des Gegenflansches (24) in axialer Richtung (4) gegen die Vorderseite (30) des Flansches (22) bewirkt, und besonders bevorzugt zumindest einer der aneinander abstützbaren oder abgestützten Stützabschnitte (46; 48) eine gegenüber den Vorderseiten (30, 32) schräggestellte Stützfläche (50; 52) aufweist, die gegebenenfalls einen Schrägstellungswinkel (α) zwischen 60° und 70° mit den Vorderseiten (30, 32) einschließt.
Flanschverbindung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenflansch (24) einen gegenflanschseitigen, gegebenenfalls randseitigen, Spannabschnitt (58) aufweist, an dem ein erster Spannabschnitt (60) des Spannteils (54) durch Anziehen der Schraubverbindung (34; 92) abstützbar oder abgestützt ist, wobei die Spannabschnitte (58, 60) vorzugsweise derart geformt sind, dass ein Drücken des Spannteils (54) in axialer Richtung (4) gegen den Gegenflansch (24) auch ein Drücken des Gegenflansches (24) in radialer Richtung (8) gegen die flanschseitigen Haltevorsprünge (42) bewirkt, und besonders bevorzugt zumindest einer der aneinander abstützbaren oder abgestützten Spannabschnitte (58, 60) eine gegenüber den Vorderseiten (30, 32) schräggestellte Spannfläche (62; 64) aufweist, die gegebenenfalls einen Schrägstellungswinkel (β) zwischen 60° und 70° mit den Vorderseiten (30, 32) einschließt.
Flanschverbindung (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein flanschseitiger Stützvorsprung (66) vorgesehen ist, an dem ein dem ersten Spannabschnitt (60) abgewandter zweiter Spannabschnitt (68) des Spannteils (54) durch Anziehen der Schraubverbindung (34; 92) abstützbar oder abgestützt ist, wobei das Spannteil (54) durch Anziehen der Schraubverbindung (34; 92) vorzugsweise keilartig zwischen den Stützvorsprung (66) und den Gegenflansch (24) drückbar oder gedrückt ist.
Flanschverbindung (2) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der gegenflanschseitige Spannabschnitt (58) oder/und der erste Spannabschnitt (60) eine Vertiefung (70) aufweist, in die der andere Spannabschnitt (60; 58), vorzugsweise unter Erzielung einer seitlichen Führung desselben oder/und einer vorbestimmten Ausrichtung des Gegenflansches (24) relativ zu dem Spannteil (54), einführbar oder eingeführt ist.
Flanschverbindung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubverbindung (34; 92) einen an dem Flansch (22) befestigbaren oder befestigten, gegebenenfalls in ein flanschseitiges Gewindeloch (38) einschraubbaren oder eingeschraubten, Schaft (36) aufweist, der vorzugsweise entweder von einem Gewindebolzen mit aufschraubbarer oder aufgeschraubter Schraubenmutter (40) oder von einem Gewindeschaft einer Schraube mit Schraubenkopf gebildet ist.
Flanschverbindung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannteil (54) durch Anziehen der Schraubverbindung (34; 92) in axialer Richtung (4, 6) relativ zu dem Flansch (22) bewegbar und vorzugsweise verschiebbar an dem Schaft (36) geführt ist, der sich besonders bevorzugt durch eine Durchgangsöffnung (56; 94) in dem Spannteil (54) erstreckt.
Flanschverbindung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannteil (54) von einem Blechformteil gebildet ist, das vorzugsweise einen der Schraubverbindung (34; 92) zugeordneten Basisabschnitt (84), in dem gegebenenfalls die Durchgangsöffnung (56; 94) vorgesehen ist, und einen abgewinkelten ersten Abschnitt (86) zur Ausbildung des ersten Spannabschnitts (60) und besonders bevorzugt einen dem ersten Abschnitt (86) abgewandten, abgewinkelten zweiten Abschnitt (88) zur Ausbildung des zweiten Spannabschnitts (68) aufweist.
Flanschverbindung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderseiten (30, 32) unter Zwischenlage einer Dichtung (72) zusammendrückbar oder zusammengedrückt sind, die eine Durchströmöffnung (74) aufweist, wobei die Dichtung (72) vorzugsweise ein Durchgangsloch (76; 106) aufweist, durch das sich der Schaft (36) erstreckt, und besonders bevorzugt unter Einschränkung einer Drehbewegung der Dichtung (72) um den Schaft (36) an dem mindestens einen Haltevorsprung (42) abstützbar oder abgestützt ist.
Flanschverbindung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich eine Schraubverbindung (34) oder eine erste Schraubverbindung (34) und eine zweite Schraubverbindung (92) vorgesehen ist, wobei der ersten Schraubverbindung (34) und der zweiten Schraubverbindung (92) vorzugsweise ein gemeinsames Spannteil (54) zugeordnet ist und der gegenflanschseitige Spannabschnitt (58) oder/und der erste Spannabschnitt (60) besonders bevorzugt unter Erzielung zweier voneinander getrennter Kontaktbereiche (100, 102) zwischen dem gegenflanschseitigen Spannabschnitt (58) und dem ersten Spannabschnitt (60) ausgebildet ist, gegebenenfalls mittels einer Vertiefung oder Aussparung (104) in dem gegenflanschseitigen Spannabschnitt (58) oder/und dem ersten Spannabschnitt (60).
Flanschverbindung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei voneinander beabstandete Haltevorsprünge (42, 42) vorgesehen sind, wobei die Dichtung (72) vorzugsweise einen sich in radialer Richtung (8) zwischen die beiden Haltevorsprünge (42, 42) erstreckenden Drehsicherungsabschnitt (78) zur Einschränkung der Drehbewegung der Dichtung (72) um den Schaft (36) aufweist.
Flanschverbindung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Haltevorsprung (42) oder/und der mindestens eine Stützvorsprung (66) einstückig mit dem Flansch (22) ausgebildet ist, wobei der mindestens eine Haltevorsprung (42) oder/und der mindestens eine Stützvorsprung (66) vorzugsweise mit dem Flansch (22) als einstöckiges Gussteil ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (12), der eine Abgasausströmöffnung (80) aufweist, und einem Turbolader (14), der eine Abgaseinströmöffnung (82) aufweist, wobei die Abgasausströmöffnung (80) über eine Flanschverbindung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche mit der Abgaseinströmöffnung (82) in Strömungsverbindung steht, der Flansch (22) vorzugsweise an dem Verbrennungsmotor (12) vorgesehen ist, während der Gegenflansch (24) an dem Turbolader (14) vorgesehen ist, und der Flansch (22) besonders bevorzugt einstückig mit einem Zylinderkopf (20) des Verbrennungsmotors (12) ausgebildet ist, die gegebenenfalls als zusammenhängendes Gussteil ausgebildet sind.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Turbolader (14) ein sich an den Gegenflansch (24), vorzugsweise einstückig, anschließendes, in radialer Richtung (8) gekrümmtes Abgasleitungsrohr (26) aufweist, das besonders bevorzugt in radialer Richtung (8) über den Gegenflansch (24) hervorsteht.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Haltevorsprung (42) in der Einbauposition der Flanschverbindung (2) in dem Kraftfahrzeug in Höhenrichtung (16; 18) oberhalb oder unterhalb des Spannteils (54) angeordnet ist, wobei die beiden Haltevorsprünge (42, 42) vorzugsweise in einer gemeinsamen ersten Höhe (h₁) und die erste und zweite Schraubverbindung (34, 92) besonders bevorzugt in einer gemeinsamen zweiten Höhe (h₂) angeordnet sind.