DE102012106334A1

DE102012106334A1 - Abgasführungssystem

Info

Publication number: DE102012106334A1
Application number: DE201210106334
Authority: DE
Inventors: Hansjürgen Mattheis
Original assignee: ElringKlinger AG
Current assignee: ElringKlinger AG
Priority date: 2012-07-13
Filing date: 2012-07-13
Publication date: 2014-01-16

Abstract

Um ein Abgasführungssystem für Verbrennungsmotoren, umfassend mindestens zwei starr ausgebildete Abgasführungsteile, die im Bereich einer Trennstelle in Richtung parallel zu einer geometrischen Achse relativ zueinander bewegbar sind und die durch ein Dichtungssystem im Bereich der Trennstelle gasdicht miteinander verbunden sind, hinsichtlich der erzielbaren Gasdichtheit im Bereich des Dichtungssystems zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass ein erstes Abgasführungsteil im Bereich der Trennstelle einen Fortsatz mit einer bezogen auf die geometrische Achse radial außenliegenden umlaufenden Dichtfläche aufweist, dass das Dichtungssystem ein Metallformteil als Dichtelement aufweist, welches mit mindestens einer den Fortsatz umschließenden Dichtsicke an der Dichtfläche des ersten Abgasführungsteils anliegt, dass in dem Dichtelement durch elastische Deformation desselben eine Vorspannung vorliegt, welche zu einer Kraft auf die mindestens eine Dichtsicke in Richtung der Dichtfläche führt, und dass das Dichtelement einen Dichtabschnitt aufweist, der mit dem zweiten Abgasführungsteil eine gasdichte Verbindung eingeht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Abgasführungssystem für Verbrennungsmotoren, umfassend mindestens zwei starr ausgebildete Abgasführungsteile, die im Bereich einer Trennstelle in Richtung parallel zu einer geometrischen Achse relativ zueinander bewegbar sind und die durch ein Dichtungssystem im Bereich der Trennstelle gasdicht miteinander verbunden sind.
Derartige Abgasführungssysteme sind beispielsweise aus der DE 196 46 883 A1 bekannt, wobei die in dieser Druckschrift offenbarten Dichtungssysteme hinsichtlich der notwendigen Gasdichtheit nicht zufriedenstellend sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Abgasführungssystem der eingangs beschriebenen Art hinsichtlich der erzielbaren Gasdichtheit im Bereich des Dichtungssystems zu verbessern.
Diese Aufgabe wird bei einem Abgasführungssystem der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein erstes Abgasführungsteil im Bereich der Trennstelle einen Fortsatz mit einer bezogen auf die geometrische Achse radial außenliegenden umlaufenden Dichtfläche aufweist, dass das Dichtungssystem ein Metallformteil als Dichtelement aufweist, welches mit mindestens einer den Fortsatz umschließenden Dichtsicke an der Dichtfläche des ersten Abgasführungsteils anliegt, dass in dem Dichtelement durch elastische Deformation desselben eine Vorspannung vorliegt, welche zu einer Kraft auf die mindestens eine Dichtsicke in Richtung der Dichtfläche führt und dass das Dichtelement einen Dichtabschnitt aufweist, der mit dem zweiten Abgasführungsteil eine gasdichte Verbindung eingeht.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass durch das Vorsehen der mindestens einen Dichtsicke und das Vorsehen einer Vorspannung des Dichtelements die Möglichkeit besteht, eine Kraft zu erzeugen, die die Dichtsicke in Richtung der Dichtfläche beaufschlagt und somit an der Dichtfläche anliegt, so dass zwischen der Dichtsicke und der Dichtfläche eine verbesserte gasdichte Abdichtung besteht.
Darüber hinaus besteht dadurch, dass die Dichtsicke an der Dichtfläche kraftbeaufschlagt anliegt, die Möglichkeit, die Dichtfläche und die Dichtsicke in Richtung parallel zu der geometrischen Achse relativ zueinander zu bewegen, so dass dadurch die erwünschte Bewegbarkeit zwischen den Abgasführungsteilen im Bereich der Trennstelle sichergestellt ist.
Unter einer gasdichten Verbindung ist dabei eine Verbindung zu verstehen, bei der die Leckrate weniger als 0,1 % des durchströmenden Abgases beträgt.
Die Vorspannung in dem Dichtelement kann dabei in unterschiedlichster Art und Weise erzeugt werden.
Eine Möglichkeit sieht vor, dass das Dichtelement einer Vorspannung unterliegt, die durch axiale Deformation des Dichtelements die Kraftwirkung auf die mindestens eine Dichtsicke erzeugt.
Unter einer axialen Deformation ist dabei eine Verformung des Dichtelements zu verstehen, die in Richtung parallel zu der geometrischen Achse die Ausdehnung des Dichtelements reduziert.
Alternativ oder ergänzend sieht eine andere Möglichkeit vor, dass das Dichtelement einer Vorspannung unterliegt, die durch radiale Deformation des Dichtelements die Kraft auf die mindestens eine Dichtsicke erzeugt.
Unter einer radialen Deformation ist dabei eine Verformung des Dichtelements zu verstehen, die in Richtung quer zu der geometrischen Achse die Ausdehnung des Dichtelements reduziert.
Unabhängig aufgrund welcher Deformation die Vorspannung entsteht, so ist bei diesen Lösungen entscheidend, dass jeweils eine Kraft auf die Dichtsicke wirkt, die diese an die Dichtfläche anlegt und somit einen verbesserten gasdichten Abschluss ermöglicht.
Die Abdichtung zwischen der Dichtfläche des ersten Abgasführungsteils und der Dichtsicke des Dichtelements schafft eine Abdichtstelle, die es bei verbessertem gasdichtem Abschluss ermöglicht, die Abgasführungsteile relativ zueinander zu bewegen.
Außerdem ist es jedoch erforderlich, dass der Dichtabschnitt eine gasdichte Verbindung mit dem zweiten Abgasführungsteil eingeht, um zwischen dem Dichtelement und dem zweiten Abgasführungsteil ebenfalls den erforderlichen gasdichten Abschluss bereitstellen zu können.
Beispielsweise wäre es denkbar, das Dichtelement mit dem zweiten Abgasführungsteil zu verschweißen um somit zwischen dem zweiten Abgasführungsteil und dem Dichtelement eine gasdichte Verbindung zur Verfügung zu haben.
Besonders günstig ist es jedoch, wenn das Dichtelement zusätzlich zu der Dichtsicke einen gasdicht an dem zweiten Abgasführungsteil anliegenden Dichtabschnitt aufweist.
Das heißt, dass keine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Dichtelement und dem zweiten Abgasführungsteil erforderlich ist, sondern ebenfalls nur ein gasdichtes Anliegen des Dichtabschnitts an dem zweiten Abgasführungsteil für eine gasdichte Verbindung ausreichend ist.
Dabei kann der Dichtabschnitt in unterschiedlichster Art und Weise ausgebildet sein.
Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass der Dichtabschnitt einen Kragen aufweist.
Eine alternative oder ergänzende Lösung sieht vor, dass der Dichtabschnitt eine Dichtsicke aufweist.
Eine Dichtsicke schafft dabei ebenfalls in einfacher Art und Weise die Möglichkeit, eine gasdichte Verbindung zum zweiten Abgasführungsteil herstellen zu können.
Dabei kann die Dichtsicke beispielsweise an einer parallel zur geometrischen Achse verlaufenden Fläche anlegbar sein.
Eine besonders günstige Lösung sieht jedoch vor, dass die Dichtsicke an einer quer zur geometrischen Achse verlaufenden Fläche anlegbar ist.
Diese Fläche ist insbesondere zur geometrischen Achse rotationssymmetrisch und dabei eben oder konisch oder kugelkappenförmig oder ähnlich ausgebildet sein kann. Im einfachsten Fall ist diese Fläche als senkrecht zur geometrischen Achse verlaufende Kreisringfläche ausgebildet.
Insbesondere ist in diesem Fall vorgesehen, dass der Dichtabschnitt durch eine mindestens eine Kraftkomponente parallel zur geometrischen Achse aufweisende Kraft in Richtung der Fläche am zweiten Abgasführungsteil beaufschlagt ist.
Dabei kann die Kraft dadurch erzeugt werden, dass der Dichtabschnitt durch die Vorspannung des Dichtelements in Richtung der Abdichtfläche beaufschlagt ist.
Alternativ oder ergänzend sieht eine Lösung vor, dass der Dichtabschnitt durch ein Element des zweiten Abgasführungsteils in Richtung der Abdichtfläche beaufschlagt ist.
Dieses Element des zweiten Abgasführungsteils kann beispielsweise als Endabschnitt ausgebildet sein, welcher in der Lage ist, die Dichtfläche des ersten Abgasführungsteils aufzunehmen.
Hinsichtlich der Anordnung des Fortsatzes an dem ersten Abgasführungsteil wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass der Fortsatz an dem ersten Abgasführungsteil dem zweiten Abgasführungsteil zugewandt angeordnet ist.
Ferner ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass der Fortsatz auf einer dem zweiten Abgasführungsteil zugewandten Seite des ersten Abgasführungsteils angeordnet ist.
Hinsichtlich der Ausbildung der Dichtfläche wurden ferner keine näheren Angaben gemacht.
Um bei guter gasdichter Abdichtung zwischen dem Dichtelement und der Dichtfläche die Bewegbarkeit der Abgasführungsteile in Richtung der geometrischen Achse im Bereich der Trennstelle zu gewährleisten sieht eine besonders günstige Ausführungsform vor, dass die Dichtfläche als zu der geometrischen Achse zylindrische Fläche ausgebildet ist.
Eine derartige zylindrische Fläche kann dabei vielfältige Querschnittskonturen aufweisen. Beispielsweise kann eine derartige Querschnittskontur eine elliptische Querschnittskontur oder eine kreisförmige Querschnittskontur oder auch eine beliebig andersartig, jedoch möglichst gerundete Querschnittskontur sein.
Hinsichtlich der Ausbildung des Fortsatzes wurden ebenfalls keine näheren Angaben gemacht.
So sieht eine besonders günstige Lösung vor, dass der Fortsatz rohrähnlich ausgebildet ist, das heißt, dass der Fortsatz in der Art eines Rohrstücks ausgebildet ist.
Um in einfacher Weise die Abdichtung zwischen der Dichtfläche des Fortsatzes und dem zweiten Abgasführungsteil herstellen zu können, ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Fortsatz in eine Fortsatzaufnahme im zweiten Abgasführungsteil eingreift.
Darüber hinaus ist zur Anordnung des Dichtelements vorzugsweise vorgesehen, dass das zweite Abgasführungsteil eine Aufnahme für das Dichtelement aufweist.
Vorzugsweise ist dabei die Aufnahme für das Dichtelement derart angeordnet, dass diese die Fortsatzaufnahme umgibt.
Hinsichtlich der Ausbildung des zweiten Abgasführungsteils wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der einzelnen Ausführungsformen keine näheren Angaben gemacht.
So sieht eine besonders günstige Lösung vor, dass das zweite Abgasführungsteil einen dem ersten Abgasführungsteil zugewandten Endabschnitt und einen Abgasführungsabschnitt aufweist, die insbesondere durch eine Trennebene voneinander trennbar sind.
Um nun einen gasdichten Abschluss zwischen dem Dichtabschnitt und dem zweiten Abgasführungsteil zu gewährleisten, ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Dichtabschnitt mit dem Abgasführungsabschnitt des zweiten Abgasführungsteils eine gasdichte Verbindung eingeht.
Beispielsweise ist hierzu vorgesehen, dass der Dichtabschnitt mit dem Kragen gasdicht abschließend an dem Abgasführungsabschnitt anliegt.
Besonders vorteilhaft ist es außerdem, wenn der Dichtabschnitt mit der Sicke kraftbeaufschlagt an dem Abgasführungsabschnitt anliegt.
Dabei besteht die Möglichkeit, den Dichtabschnitt durch den Endabschnitt zu beaufschlagen.
Eine besonders günstige Lösung sieht vor, dass der Dichtabschnitt zwischen dem Endabschnitt und dem Abgasführungsabschnitt eingespannt ist.
Eine weitere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass der Dichtabschnitt durch die Vorspannung des Dichtelements kraftbeaufschlagt an dem Abgasführungsabschnitt anliegt.
Hinsichtlich der Ausbildung des Dichtelements wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
So wäre es grundsätzlich denkbar, das Dichtelement als glattes Rohr auszubilden, welches einerseits die Dichtsicke aufweist, die an der Dichtfläche anlegbar ist und endseitig den Dichtabschnitt aufweist, so dass im Prinzip das Dichtelement ein Rohr mit in Richtung der geometrischen Achse aufeinanderfolgender Dichtsicke und Dichtabschnitt darstellt.
Ein derartiges Dichtelement ist jedoch hinsichtlich der Erzeugung der gewünschten Vorspannung zur Ausbildung der Kraft auf die mindestens eine Dichtsicke weniger günstig.
Aus diesem Grund sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass das Dichtelement einen balgähnlichen Abschnitt umfasst, der in Richtung der geometrischen Achse elastisch auseinanderziehbar oder zusammendrückbar ist.
Ein derartiger Balgabschnitt schafft in besonders einfacher Weise die Möglichkeit, eine innere Vorspannung im Dichtelement zu erzeugen.
Eine beispielhafte Lösung eines derartigen balgähnlichen Abschnitts sieht vor, dass dieser mehrere Falten aufweist, die die Elastizität des balgähnlichen Abschnitts begründen.
Ein derartiger balgähnlicher Abschnitt kann dabei zwischen der Dichtsicke und dem Dichtabschnitt angeordnet sein.
Es ist aber auch möglich, den balgähnlichen Abschnitt zwischen der Dichtsicke und dem Endbereich des Dichtelements anzuordnen.
Dabei kann der balgähnliche Abschnitt eine Steifigkeit aufweisen, die von der Steifigkeit der Dichtsicke abweicht.
Eine vorteilhafte Lösung sieht dabei beispielhafterweise vor, dass der balgähnliche Abschnitt eine größere Steifigkeit aufweist als die Dichtsicke, so dass prinzipiell zunächst die Dichtsicke eine Deformation erfährt um die Vorspannung zu erreichen und gegebenenfalls der Balgabschnitt zusätzlich hierzu eine Deformation erfährt.
Eine andere vorteilhafte Lösung sieht vor, die Dichtsicke zwischen zwei möglichen balgähnlichen Abschnitten anzuordnen, so dass die Dichtsicke in Richtung der geometrischen Achse elastisch zwischen den Balgabschnitten in wechselweiser Deformation der Balgabschnitte relativ zu diesen bewegbar ist.
Um in einfacher Weise in dem Dichtelement die Vorspannung zur Erzeugung der auf die mindestens eine Dichtsicke wirkende Kraft zu generieren, ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Dichtelement durch eine Druckfläche des Endabschnitts und eine Druckfläche des Abgasführungsabschnitts beaufschlagt ist.
Insbesondere sind dabei die Druckflächen in Richtung parallel zur geometrischen Achse wirksam, um die Vorspannung im Dichtelement zu erzeugen.
Alternativ oder ergänzend sieht eine weitere Lösung vor, das Dichtelement durch eine Stützfläche des Endabschnitts in Richtung quer zu der geometrischen Achse zu beaufschlagen.
Um zu verhindern, dass sich die Abgasführungsteile im Bereich der Trennstelle zu sehr relativ zueinander bewegen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass das erste Abgasführungsteil und das zweite Abgasführungsteil durch eine Ausrichtführung in Richtung der geometrischen Achse relativ zueinander bewegbar geführt sind.
Eine derartige Ausrichtführung schafft somit den Vorteil, dass zusätzlich zum Dichtungssystem noch eine Führung der Abgasführungsteile relativ zueinander möglich ist, so dass dadurch Überbeanspruchungen des Dichtungssystems durch zu große Bewegungen der Abgasführungsteile relativ zueinander vermieden werden.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die beiden Abgasführungsteile durch eine Ausrichtführung in Richtung quer zur geometrischen Achse begrenzt bewegbar geführt sind, so dass sich insbesondere die Gasdichtheit des Dichtungssystems negativ beeinflussende Querbewegungen der Abgasführung begrenzen lassen.
Eine besonders günstige Lösung sieht vor, dass die Ausrichtführung Bewegungen der Abgasführungsteile relativ zueinander und quer zur geometrischen Achse im Wesentlichen verhindert, so dass damit im Wesentlichen nur eine Bewegbarkeit der beiden Abgasführungsteile in Richtung der geometrischen Achse möglich ist.
Eine derartige Ausrichtführung lässt sich vorteilhafterweise dadurch realisieren, dass das zweite Abgasführungsteil mit seiner dem ersten Abgasführungsteil zugewandten Seite mit mindestens einem zweiten Führungselement versehen ist, welches mit einem am ersten Abgasführungsteil vorgesehenen ersten Führungselement zur Bildung der Ausrichtführung zusammenwirkt.
Beispielsweise können dabei das erste Führungselement und das zweite Führungselement um die geometrische Achse herum verlaufende Führungsflächen aufweisen oder es ist denkbar, dass sowohl das erste Führungselement oder auch das zweite Führungselement mehrere, um die geometrische Achse herum angeordnete Führungsflächen aufweisen, um dadurch die Bewegungen quer zur geometrischen Achse einzuschränken oder zu verhindern.
Hinsichtlich der Ausbildung des Dichtelements selbst wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass das Dichtelement aus einem metallischen dünnwandigen Teil, beispielsweise aus einem Rohrteil oder einem Blechteil, hergestellt ist, insbesondere aus einer hochtemperaturfesten Legierung.
Im Fall einer Herstellung des Dichtelements aus einem metallischen Werkstoff ist es besonders vorteilhaft, wenn die Formgebung des Dichtelements, insbesondere die Ausbildung der mindestens einen Dichtsicke und/oder die Ausbildung des Dichtabschnitts, insbesondere des Kragens und/oder der Sicke durch Umformen erfolgt.
Um die Gasdichtheit zu verbessern, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Dichtsicke und/oder der Kragen und/oder die Sicke auf ihren den Gegenflächen zugewandten Seiten und/oder die Gegenflächen, an denen diese anliegen mit einer die Gasdichtheit fördernden Beschichtung versehen sind.
Eine derartige Beschichtung ist beispielsweise eine gummihaltige oder Hochtemperatur-Beschichtung zur Mikroabdichtung oder eine metallische Beschichtung zum Beispiel aus Kupfer, Silber, Nickel etc. zur Mikroabdichtung und Verschleißminderung.
Eine weitere Alternative ist eine Beschichtung aus Graphit oder Bornitrid. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.
In der Zeichnung zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Abgasführungssystems mit mehreren Abgasführungsteilen;
2 eine Explosionsdarstellung eines Dichtungssystems zwischen zwei Abgasführungsteilen;
3 einen schematischen halbseitigen Längsschnitt durch das Dichtungssystem im Bereich einer Trennstelle zweier zusammenwirkender Abgasführungsteile gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einem Zustand vor einem endgültigen Anlegen eines Endabschnitts eines zweiten Abgasführungsteils an dessen Anschlussflansch;
4 eine Darstellung des Dichtungssystems ähnlich 3 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
5 eine Darstellung des Dichtungssystems ähnlich 3 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
6 eine Darstellung des Dichtungssystems ähnlich 3 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel; und
7 eine Darstellung des Dichtungssystems ähnlich 3 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel.
Ein in 1 dargestelltes und als Ganzes mit 10 bezeichnetes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgasführungssystems umfasst mehrere Abgasführungsteile 12, 14, 16, die alle einen Anschluss 20 aufweisen, der unmittelbar mit einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors verbunden ist. Über diese Anschlüsse 20 treten aus dem Zylinderkopf Abgase in das Abgasführungssystem 10 ein, wobei das Abgasführungssystem 10, welches in der Regel mehr als die drei Abgasführungsteile 12, 14, 16 aufweist, mit jedem der Abgasführungsteile 12, 14, 16 die Abgase zu einem Anschlussflansch 22 des jeweiligen Abgasführungsteils 12, 14, 16 führt.
Das Abgasführungssystem 10 ist dabei großen Temperaturänderungen ausgesetzt, wenn man einerseits den Zustand des kalten, nicht betriebenen Verbrennungsmotors und andererseits den Zustand des unter Volllast laufenden Verbrennungsmotors heranzieht, in welchem die heißen Abgase mit maximaler Temperatur von dem Abgasführungssystems 10 aufzunehmen und abzuführen sind.
Damit unterliegt der Zylinderkopf, mit welchem die Anschlüsse 20 fest verbunden sind, Temperaturausdehnungen, die jedoch deutlich geringer sind als die des ungekühlten Abgasführungssystems 10.
Aus diesem Grund ist das Abgasführungssystem 10 in die mehreren Abgasführungsteile 12, 14, 16 aufgeteilt, die an der jeweils im Bereich zwischen zwei der Abgasführungsteile 12, 14, 16 liegenden Trennstelle 30 relativ zueinander in Richtung parallel zu einer geometrischen Achse 24 bewegbar sind, jedoch relativ zueinander mit einem Dichtungssystem 40 gasdicht abgedichtet werden.
Zur Bildung des Dichtungssystems 40 weist, wie in 2 dargestellt, ein erstes der Abgasführungsteile, beispielsweise das Abgasführungsteil 12, einen Fortsatz 26 mit einer radial außenliegenden zylindrisch zu der Achse 24 verlaufenden Dichtfläche 28 auf, und ein zweites der Abgasführungsteile, beispielsweise das Abgasführungsteil 14, weist eine Fortsatzaufnahme 32 und ein Dichtelement 42 auf, das in einer die Fortsatzaufnahme 32 umschließenden Aufnahme 34 angeordnet und mit einem endseitigen Dichtabschnitt 36 fest und gasdicht mit dem zweiten Abgasführungsteil 14 verbunden ist.
Das Dichtelement 42 weist seinerseits eine Dichtsicke 44 auf, die an der Dichtfläche 28 kraftbeaufschlagt mit einer Kraft K anlegbar ist, um zwischen dem Dichtelement 42 und dem Fortsatz 26 eine gasdichte Verbindung im Bereich der Trennstelle 30 herzustellen.
Beispielsweise umfasst das Dichtelement 42, wie in 3 dargestellt, einen Hülsenkörper 46, der sich von dem Dichtabschnitt 36 in Richtung der Achse 24 bis zu einem Endbereich 48 erstreckt, wobei der Dichtabschnitt 36 beispielsweise dadurch gebildet wird, dass dieser einen näherungsweise radial zur Achse 24 verlaufenden Kragen 52 mit einer in diesem angeordneten Sicke 54 aufweist.
Der Kragen 52 ist, wie beispielsweise in 3 dargestellt, an den Anschlussflansch 22 des zweiten Abgasführungsteils 14, insbesondere an eine radial zur Achse 24 verlaufende Abdichtfläche 56, beispielsweise eine Flanschfläche des Anschlussflansches 22, anlegbar und – wie nachfolgend noch im Detail beschrieben – an dieser anliegend fixierbar.
Ausgehend von dem am Anschlussflansch 22 anliegenden Kragen 52 mit der Sicke 54 erstreckt sich somit das Dichtelement 42 in Richtung der Achse 36 von dem Anschlussflansch 22 weg und übergreift den Fortsatz 26 mit der radial außenliegenden Dichtfläche 28, so dass eine Dichtsicke 44 an der Dichtfläche 28 anliegt, um einen gasdichten Abschluss mit der Dichtfläche 28 zu erreichen, wobei die Dichtsicke 44 durch die quer zur Dichtfläche 28 verlaufende Kraft K beaufschlagt ist.
Diese Kraft K wird dadurch erzeugt, dass der Hülsenkörper 46 zwischen der Sicke 44 und dem Endbereich 48 einen balgähnlich ausgebildeten und somit in Richtung parallel zur Achse 36 elastisch zusammendrückbaren oder auseinanderziehbaren Abschnitt 60 aufweist, der Falten 62 bildet und bezogen auf die Achse 24 auf einer in radialer Richtung zur Achse 24 auf einer der Dichtsicke 44 gegenüberliegenden Seite mindestens einen sickenähnlichen Abstützbereich 64 aufweist, der an einer im Abstand von der Dichtfläche 34 verlaufenden und von der Aufnahme 34 gebildeten Stützfläche 66 eines sich an einem Abgasführungsabschnitt 68 des zweiten Abgasführungsteils 14 anschließenden und mit 70 bezeichneten Endabschnitts des zweiten Abgasführungsteils 14 anlegbar sind, wobei der Endabschnitt 70 fest mit dem jeweiligen Anschlussflansch 22 des Abgasführungsabschnitt 68 des zweiten Abgasführungsteils 14, 16 verbunden ist.
Insbesondere ist der Endabschnitt 70 über eine Montagefläche 72 stabil an dem Anschlussflansch 22 abgestützt, wenn der Endabschnitt 70, beispielsweise durch eine Schraubverbindung, fest mit dem Anschlussflansch 22 verbunden ist.
Vorzugsweise ist das Dichtelement 42 mit dem balgähnlichen Abschnitt 60, der Dichtsicke 44 und insbesondere auch dem Kragen 52 als einstückiges Teil ausgebildet.
Die Stützfläche 66 des Endabschnitts 70 ist dabei vorzugsweise so ausgebildet, dass in dem Dichtelement 42, und zwar durch elastische Deformation der Dichtsicke 44 des Dichtelements 42, aufgrund der Anordnung des Dichtelements 42 zwischen der Stützfläche 66 und der Dichtfläche 38 zur Ausbildung der Kraft K auf die Dichtsicke 44 führt, mit welcher diese dann gegen die Dichtfläche 28 gedrückt ist.
Die zur Ausbildung der Kraft K führende Vorspannung in dem Dichtelement 42 lässt sich bei dem ersten, in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch erreichen, dass der Endabschnitt 70 auf seiner dem Anschlussflansch 22 abgewandten Seite eine Druckfläche 76 aufweist, welche beispielsweise quer zur geometrischen Achse 24, insbesondere in radialer Richtung zu dieser, verläuft und auf den Endbereich 48 des Dichtelements 42 in Richtung parallel zur Achse 24, und zwar in Richtung zum Anschlussflansch 22 hin gerichtet einwirkt, um somit das Dichtelement 42 hinsichtlich seiner Ausdehnung ausgehend vom Anschlussflansch 22 zu verkürzen. Somit wird die Ausdehnung des Dichtelements 42 zwischen dem Kragen 52 und dem Endbereich 48 reduziert und folglich wird primär die Sicke 44, gegebenenfalls auch noch der Abschnitt 60 mit den Falten 62 deformiert, so dass die bereits beschriebene Vorspannung entsteht, die dann aufgrund dieser Deformation der Sicke 44 zur Ausbildung der Kraft K aufführt, mit welcher die Dichtsicke 44 auf die Dichtfläche 28 wirkt.
Damit liegt die Dichtsicke 44 mit der Kraft K beaufschlagt an den Dichtflächen 28 an und sorgt für eine gasdichte Abdichtung zwischen dem Dichtelement 42 und der Dichtfläche 28, erlauben es aber, dem ersten Abgasführungsteil 12 und dem zweiten Abgasführungsteil 14 sich relativ zueinander in Richtung der Achse 24 zu bewegen, da sich der Fortsatz 26 mit der Dichtfläche 28 relativ zu der Dichtsicke 44 und somit auch relativ zum zweiten Abgasführungsteil 14 sich in Richtung der Achse 24 bewegen kann.
Um außerdem noch sicherzustellen, dass das erste Abgasführungsteil 12 und das zweite Abgasführungsteil 14 quer zur Achse 24 relativ zueinander geführt sind und somit keine beliebigen Querbewegungen relativ zueinander ausführen, ist der Endabschnitt 70 auf einer dem Dichtelement 42 abgewandten Seite der Druckfläche 76 mit einem zweiten Führungselement 80 versehen, welches eine dem Fortsatz 26 zugewandte zweite Führungsfläche 82 aufweist, die mit einer ersten Führungsfläche 84 zusammenwirkt, die an einem ersten Führungselement 86 des ersten Abgasführungsteils 12 angeordnet ist, wobei im in 3 dargestellten Fall das erste Führungselement 86 Teil des Fortsatzes 26 ist.
Die Führungselemente 80 und 86 bilden somit eine Ausrichtführung 90, die die Ausrichtung der Abgasführungsteile 12 und 14 im Bereich der Trennstelle 30 relativ zueinander aufrechterhält.
Um die Vorspannung in dem Dichtelement 42 zu erzeugen, wird zunächst das Dichtelement 42 über die Dichtfläche 28 geschoben, ohne dass der Endabschnitt 70 mit der Stützfläche 66 auf den Abstützbereich 64 und mit der Druckfläche 76 auf den Endbereich 48 wirkt.
Damit besteht keine Krafteinwirkung auf die Dichtsicke 44, so dass sich das Dichtelement 42 leicht über die Dichtfläche 28 schieben lässt.
Anschließend erfolgt ein Aufschieben des Endabschnitts 70 von Seiten des ersten Abgasführungsteils 12 in Richtung des Anschlussflansches 22 des zweiten Abgasführungsteils 14, wobei der Endabschnitt 70 eine Einlaufschräge 92 im Anschluss an die Montagefläche 72 des Endabschnitts 70 aufweist. Je nach Dimensionierung der Stützfläche 66 erfolgt dabei eine mehr oder weniger starke Beaufschlagung der Abstützbereiche 64 des Dichtelements 42. Auf jeden Fall erfolgt bei Anliegen des Endbereichs 48 an der Druckfläche 76 eine Einwirkung auf das Dichtelement 42 dergestalt, dass dessen Ausdehnung zwischen dem Dichtabschnitt 36 und dem Endbereich 48 verkürzt wird, wodurch sich das Dichtelement 42 durch das Zusammenschieben der Falten 62 des balgähnlichen Abschnitts 60, deformiert, so dass die Kraft K entsteht, die die Dichtsicke 44 in Richtung der Dichtfläche 28 beaufschlagt. Die Deformation des Dichtelements 42 ist maximal, wenn der Endabschnitt 70 mit der Montagefläche 72 an der Flanschfläche 56 des Anschlussflansches 22 des zweiten Abgasführungsteils 14 abgestützt ist, wobei der Kragen 52 mit der Sicke 54 zwischen der Montagefläche 72 des Endabschnitts 70 und der Flanschfläche 56 des Anschlussflansches 22 eingespannt werden und insbesondere die Sicke 54 die Gasdichtheit bewirkt.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgasführungssystems, dargestellt in 4 erfolgt keine Beaufschlagung des Endbereichs 48' des Dichtelements 42' durch die Druckfläche 76, sondern der Endbereich 48' des Dichtelements 42' liegt frei zwischen der Stützfläche 66 und der Dichtfläche 28.
Allerdings ist das Dichtelement 42' im nicht eingebauten undeformierten Zustand so ausgebildet, dass der Abstützbereich 64 in einem radialen Abstand von der Dichtsicke 44 liegt, der größer ist als der Abstand der Stützfläche 66 von der Dichtfläche 34, so dass beim Aufschieben des Endabschnitts 70 auf das Dichtelement 42' der Abstützbereich 64 durch die Einlaufschräge 92 und nachfolgend die Stützfläche 66 in Richtung der Dichtfläche 28 bewegt wird und dadurch das Dichtelement 42' im Bereich der Dichtsicke 44 flacher gedrückt wird, so dass aufgrund der Gesamtdeformation ausgehend vom unbeaufschlagten Zustand des Dichtelements 42' eine Vorspannung in dem Dichtelement 42' entsteht, welche zu der Kraft K auf die Dichtsicke 44 führt, welche diese in Richtung der Dichtfläche 28 beaufschlagt.
Im Übrigen sind diejenigen Teile des zweiten Ausführungsbeispiels, die mit denen des ersten Ausführungsbeispiels identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass vollinhaltlich auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel Bezug genommen werden kann.
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgasführungssystems, dargestellt in 5, ist das Dichtelement 42" so ausgebildet, dass die Dichtsicke 44 zwischen zwei Abschnitten 60" liegt, die mehrere Falten 62" aufweisen, wobei einer der Abschnitte 60" zwischen der Dichtsicke 44 und dem Endbereich 48 liegt und der andere Abschnitt 60" zwischen der Dichtsicke 44 und dem Dichtabschnitt 36, in diesem Fall gebildet durch den Kragen 52 mit der Sicke 54, liegt.
Damit liegt die Sicke 44, welche dichtend an die Dichtfläche 28 anlegbar ist, elastisch federnd zwischen dem Endbereich 48 und dem Dichtabschnitt 36, die beide gemeinsam mit dem zweiten Abgasführungsteil 14 bewegbar sind, da der Endbereich 48 an der Druckfläche 76 anliegt und der Dichtabschnitt 36 an der Flanschfläche 56 anliegt.
Somit hat die Dichtsicke 44 die Möglichkeit, aufgrund der Haftreibung mit der Dichtfläche 28 sich bei einer Relativbewegung zwischen dem ersten Abgasführungsteil 12 und dem zweiten Abgasführungsteil 14 nicht relativ zur Dichtfläche 28 zu bewegen, sondern kann sich mit der Dichtfläche 28 und somit mit dem ersten Abgasführungsteil 12 mitbewegen, so dass zumindest geringe Relativbewegungen der Abgasführungsteile 12 und 14 nicht zur Aufhebung der Haftreibung zwischen der Dichtsicke 44 und der Dichtfläche 28 führen und dadurch die Dichtwirkung zwischen diesen beiden noch verbessert ist.
Erst bei größeren Relativbewegungen der Abgasführungsteile 12 und 14 erfolgt ein Gleiten der Dichtsicke 44 auf der Dichtfläche 28, wie dies bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der Fall ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist außerdem das Dichtelement 42" so gestaltet, dass es nicht an der Stützfläche 66 des Endabschnitts 70 anliegt, sondern im Abstand von diesem verbleibt, so dass auch die Reibung zwischen dem Dichtelement 42" und dem Endabschnitt 70 im Bereich der Stützfläche 66 aufgehoben ist.
Im Übrigen sind diejenigen Teile des dritten Ausführungsbeispiels, die mit denen des ersten oder zweiten Ausführungsbeispiels identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass vollinhaltlich auf die Ausführungen zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel Bezug genommen werden kann.
Bei einem vierten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgasführungssystems, dargestellt in 6, ist im Gegensatz zu den voranstehenden Ausführungsbeispielen die Aufnahme 34"' für das Dichtelement 42"' nicht in dem Endabschnitt 70"' ausgebildet, sondern erstreckt sich ausgehen von der Flanschfläche 56"' in den Anschlussflansch 22"' des Abgasführungsabschnitts 68"' hinein, so dass sich das Dichtelement 42"' ausgehend von dem Dichtabschnitt 36 mit dem Kragen 52 und der Sicke 54, die an der Flanschfläche 56 des Anschlussflansches 22"' anliegen, in Richtung einer vertieft im Anschlussflansch 22"' liegenden Druckfläche 94 erstreckt, die die Aufnahme 34"' begrenzt und im Abstand von der Flanschfläche 56"' angeordnet ist.
Ausgehend von dem Kragen 52 erstreckt sich somit die Dichtsicke 44"' vom Endabschnitt 70 weg in Richtung der Druckfläche 94 und bildet dabei lediglich einen U-förmigen Bogen, der bis zum Endbereich 48"' des Dichtelements 42"' verläuft, wobei der Endbereich 48"' an der Druckfläche 94 anliegt.
Durch das Einspannen der Dichtsicke 44"' in axialer Richtung zwischen der Druckfläche 76"' des Endabschnitts 70 und der Druckfläche 94 ist eine Vorspannung mit einer Komponente parallel zur Achse 24 in der Dichtsicke 44"' erzeugbar, die zu der Kraft K führt, mit welcher letztlich dann die Dichtsicke 44" an der Dichtfläche 28 anlegbar ist.
Im Gegensatz zu den vorstehenden Ausführungsbeispielen werden bei diesem Ausführungsbeispiel der Anschlussflansch 22"' und der Aufnahmeabschnitt 70"' nicht durch eine Schraubverbindung verbunden, sondern durch eine umlaufende V-Schelle 98.
Im Übrigen sind diejenigen Teile des vierten Ausführungsbeispiels, die mit denen der voranstehenden Ausführungsbeispiele identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass hinsichtlich der Beschreibung derselben vollinhaltlich auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel Bezug genommen werden kann.
Bei einem fünften Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgasführungssystems, dargestellt in 7 liegt in gleicher Weise wie beim vierten Ausführungsbeispiel der die Aufnahme 34"" für das Dichtelement 42"" zwischen der Druckfläche 76"" des Endabschnitts 70"" und der Druckfläche 94 des Anschlussflansches 22"".
Ferner ist zur Ausbildung des Dichtabschnitts 36"" das Dichtelement 42"" mit einer Sicke 104 versehen, welche jedoch nicht an der Flanschfläche 56"" anliegt, sondern an der Druckfläche 94 und mit dieser einen dichten Abschluss zwischen dem Dichtelement 42"" und dem Anschlussflansch 22"" des Abgasführungsabschnitts 68"" herstellt.
Ferner ist der Endbereich 48"" des Dichtelements 42"" mit der Dichtsicke 44"", der an der Druckfläche 76"" anliegt, ebenfalls durch diese beaufschlagt, so dass das Dichtelement 42"" mit dem Endbereich 48"", der Dichtsicke 44"" und der Sicke 104 zwischen den Druckflächen 76 und 94 axial mit einer Komponente parallel zur Achse 24 eingespannt ist, wodurch die Kraft K entsteht, mit welcher die Dichtsicke 44"" auf die Dichtfläche 28 wirkt, um mit dieser einen dichten Abschluss zu erreichen.
Im Übrigen sind diejenigen Teile des zweiten Ausführungsbeispiels die mit denen der voranstehenden Ausführungsbeispielen identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass vollinhaltlich auf die Ausführungen zu diesen Ausführungsbeispielen Bezug genommen werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19646883 A1 [0002]

Claims

Abgasführungssystem (10) für Verbrennungsmotoren, umfassend mindestens zwei starr ausgebildete Abgasführungsteile (12, 14, 16), die im Bereich einer Trennstelle (30) in Richtung parallel zu einer geometrischen Achse (24) relativ zueinander bewegbar sind und die durch ein Dichtungssystem (40) im Bereich der Trennstelle gasdicht miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Abgasführungsteil (12) im Bereich der Trennstelle einen Fortsatz (26) mit einer bezogen auf die geometrische Achse radial außenliegenden umlaufenden Dichtfläche (28) aufweist, dass das Dichtungssystem (40) ein Metallformteil als Dichtelement (42) aufweist, welches mit mindestens einer den Fortsatz (26) umschließenden Dichtsicke (44) an der Dichtfläche (28) des ersten Abgasführungsteils (12) anliegt, dass in dem Dichtelement (42) durch elastische Deformation desselben eine Vorspannung vorliegt, welche zu einer Kraft (K) auf die mindestens eine Dichtsicke (44) in Richtung der Dichtfläche (28) führt, und dass das Dichtelement (42) einen Dichtabschnitt (36) aufweist, der mit dem zweiten Abgasführungsteil (14) eine gasdichte Verbindung eingeht.
Abgasführungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (42) einer Vorspannung unterliegt, die durch axiale Deformation des Dichtelements (44) die Kraft (K) auf die mindestens eine Dichtsicke (44) erzeugt.
Abgasführungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (42) einer Vorspannung unterliegt, die durch radiale Deformation des Dichtelements (44) die Kraft (K) auf die mindestens eine Dichtsicke (44) erzeugt.
Abgasführungssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (42) zusätzlich zu der Dichtsicke (44) einen gasdicht an dem zweiten Abgasführungsteil (14) anliegenden Dichtabschnitt (36) aufweist.
Abgasführungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtabschnitt (36) einen Kragen (52) aufweist.
Abgasführungssystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtabschnitt (36) eine Dichtsicke (54, 104) aufweist.
Abgasführungssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtabschnitt (36) durch eine mindestens eine Kraftkomponente parallel zur geometrischen Achse aufweisende Kraft in Richtung einer Abdichtfläche (56) am zweiten Abgasführungsteil (14) beaufschlagt ist.
Abgasführungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtabschnitt (36) durch die Vorspannung des Dichtelements (42) in Richtung der Abdichtfläche (56) beaufschlagt ist.
Abgasführungssystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtabschnitt (36) durch ein Element des zweiten Abgasführungsteils (14) in Richtung der Abdichtfläche (56) beaufschlagt ist.
Abgasführungssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fortsatz (26) an dem ersten Abgasführungsteil (12) dem zweiten Abgasführungsteil (14) zugewandt angeordnet ist.
Abgasführungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Fortsatz (32) auf einer dem zweiten Abgasführungsteil (14) zugewandten Seite des ersten Abgasführungsteils (12) angeordnet ist.
Abgasführungssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (28) als zu der geometrischen Achse (24) zylindrische Fläche ausgebildet ist.
Abgasführungssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fortsatz (26) rohrähnlich ausgebildet ist.
Abgasführungssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fortsatz (26) in eine Fortsatzaufnahme (32) im zweiten Abgasführungsteil (14) eingreift.
Abgasführungssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Abgasführungsteil (14) eine Aufnahme (34) für das Dichtelement (42) aufweist.
Abgasführungssystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (34) für das Dichtelement (42) eine Fortsatzaufnahme (32) umgibt.
Abgasführungssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Abgasführungsteil (14) einen dem ersten Abgasführungsteil (12) zugewandten Endabschnitt (70) und einen Abgasführungsabschnitt (68) aufweist.
Abgasführungssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtabschnitt (36) mit dem Abgasführungsabschnitt (68) des zweiten Abgasführungsteils (14) eine gasdichte Verbindung eingeht.
Abgasführungssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtabschnitt (36) mit dem Kragen (52) gasdicht abschließend an dem Abgasführungsabschnitt (68) anliegt.
Abgasführungssystem nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtabschnitt (36) mit der Sicke (54, 104) kraftbeaufschlagt an dem Abgasführungsabschnitt (68) anliegt.
Abgasführungssystem nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtabschnitt (36) durch den Endabschnitt (70) beaufschlagt ist.
Abgasführungssystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtabschnitt (36) zwischen dem Endabschnitt (70) und dem Abgasführungsabschnitt (68) eingespannt ist.
Abgasführungssystem nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtabschnitt (36) durch die Vorspannung der Dichtelements (42) kraftbeaufschlagt an dem Abgasführungsabschnitt (68) anliegt.
Abgasführungssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasführungsteile (12, 14, 16) im Bereich der Trennstelle (30) durch eine Ausrichtführung (90) in Richtung quer zu der geometrischen Achse (24) begrenzt bewegbar geführt sind.
Abgasführungssystem nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtführung (90) Bewegungen der Abgasführungsteile (12, 14) relativ zueinander und quer zu der geometrischen Achse (24) im Wesentlichen verhindert.
Abgasführungssystem nach einem der Ansprüche 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Abgasführungsteil (14) auf seiner dem ersten Abgasführungsteil zugewandten Seite mit mindestens einem zweiten Führungselement (80) versehen ist, welches mit einem am ersten Abgasführungsteil (12) vorgesehenen ersten Führungselement (86) zur Bildung der Ausrichtführung (90) zusammenwirkt.