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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung ist auf eine verstärkte V-Bandklemme gerichtet.
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HINTERGRUND
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Eine Befestigungsvorrichtung ist eine materielle Vorrichtung, die zwei oder mehr Objekte mechanisch befestigt oder verbindet. Eine Mehrheit von Befestigungsvorrichtungen besitzt die Fähigkeit, dass sie selektiv bei Bedarf befestigt und entfernt werden. Solche entfernbaren Befestigungsvorrichtungen ersetzen andere, im Allgemeinen dauerhaftere Verfahren zum Verbinden von Materialien, wie z. B. Crimpen, Schweißen und die Verwendung von verschiedenen Klebstoffen.
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Eine Klemme ist ein Typ einer Befestigungsvorrichtung, die verwendet wird, um Objekte straff zu befestigen oder zusammenzuhalten, um ihre relative Bewegung oder Trennung durch ein Aufbringen eines Einwärtsdrucks an der Grenzfläche der Objekte zu verhindern. In Abhängigkeit von der tatsächlichen Konstruktion der Klemme kann die Klemme von einem nicht wiederverwendbaren Typ einer Befestigungsvorrichtung sein oder so konfiguriert sein, dass sie bei Bedarf befestigt, entfernt und dann wieder befestigt wird.
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Eine Bandklemme, die auch als Bahnklemme bekannt ist, ist ein Typ einer Klemme, die das Klemmen von Objekten ermöglicht, deren Oberflächen, die geklemmt werden müssen, nicht zueinander parallel sind, wenn mehrere Oberflächen beteiligt sind oder wenn der Klemmdruck gleichzeitig aus mehreren Richtungen erforderlich ist. Der Klemmdruck wird im Allgemeinen entweder durch ein mechanisches Verfahren wie z. B. eine Schraube oder einen Sperrmechanismus, der das Band festzieht, oder durch eine elastische Art des Bandmaterials selbst aufgebracht.
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Eine V-Bandklemme ist ein Typ einer Bandklemme, die sich durch einen abgewinkelten oder ”V”-förmigen Querschnitt ihres Bandes auszeichnet. Der V-förmige Querschnitt des Bandes wird verwendet, um komplementär abgewinkelte Flansche der Objekte, deren Klemmung angestrebt wird, zu pressen, um die betreffenden Flansche einzuziehen und zusammenzupressen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine Klemme enthält ein gekrümmtes Band mit einer inneren Oberfläche, einer äußeren Oberfläche, einem ersten Ende und einem zweiten Ende. Das Band ist durch einen im Wesentlichen V-förmigen Querschnitt gekennzeichnet, der in der radialen Ebene des Bandes liegt. Die innere Oberfläche des Bandes definiert die innere Kontur des V-förmigen Querschnitts. Die Klemme enthält außerdem eine Befestigungsvorrichtung, die dazu konfiguriert ist, das erste und das zweite Ende zusammenzuziehen, so dass das Band um benachbarte Flansche von Objekten, deren Zusammenklemmen angestrebt wird, festgezogen werden kann. Die innere Oberfläche ist dazu konfiguriert, die Flansche zusammenzupressen oder zusammenzuquetschen und die Objekte zu klemmen. Das Band enthält eine Verstärkung, die dazu konfiguriert ist, den im Wesentlichen V-förmigen Querschnitt zu versteifen und das Nachgeben des Querschnitts zu minimieren, wenn die Objekte geklemmt werden.
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Der im Wesentlichen V-förmige Querschnitt kann durch einen ersten Abschnitt, einen zweiten Abschnitt und eine Grenzfläche, die den ersten und den zweiten Abschnitt verbindet, definiert sein. In einem solchen Fall kann die Verstärkung an der Grenzfläche angeordnet sein.
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Die Verstärkung kann mindestens eine lokalisiert ausgebildete Vertiefung sein, die von der inneren Oberfläche vorsteht. Ferner kann die mindestens eine lokalisiert ausgebildete Vertiefung mehrere Vertiefungen sein, die entlang des Bandes versetzt sind.
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Die Verstärkung kann mindestens eine radiale Rippe sein, die von der äußeren Oberfläche vorsteht. Die mindestens eine radiale Rippe kann sich kontinuierlich über den ersten Abschnitt, den zweiten Abschnitt und die Grenzfläche erstrecken.
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Die mindestens eine radiale Rippe kann am Band ausgebildet sein. Die mindestens eine radiale Rippe kann auch am Band befestigt sein. Ferner kann die mindestens eine radiale Rippe mehrere Rippen sein, die entlang des Bandes angeordnet sind.
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Das Band kann mehrere gekrümmte Segmente umfassen, die durch ein Gelenk verbunden sind. Außerdem kann das Band aus Edelstahl ausgebildet sein.
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Eine Motoranordnung, die eine erste Auslasskomponente und eine zweite Auslasskomponente mit jeweiligen ersten und zweiten Flanschen enthält, die über die Klemme zusammengepresst und zusammengeklemmt werden, wird auch offenbart.
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Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Arten zur Ausführung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen leicht ersichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine perspektivische Ansicht eines Verbrennungsmotors, der mit einem Auslasssystem betriebsfähig verbunden ist, wobei das Auslasssystem mehrere verstärkte Klemmen verwendet, um Verbindungen zwischen den Komponenten des Systems zu bewirken, wobei eine fragmentierte Ansicht der Klemmen für die Darstellung von befestigten Merkmalen gezeigt ist;
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2 ist eine perspektivische Nachansicht von einer der in 1 gezeigten Klemmen.
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3 ist eine Darstellung eines Querschnitts der in 2 gezeigten Klemme, die eine Ausführungsform einer Klemmenverstärkung darstellt.
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4 ist eine schematische perspektivische Schnittansicht der Klemme mit einer alternativen Ausführungsform der Verstärkung, die an der in 2 gezeigten Klemme angeordnet ist.
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5 ist eine schematische perspektivische Schnittansicht der Klemme mit einer anderen alternativen Ausführungsform der Verstärkung, die an der in 2 gezeigten Klemme angeordnet ist.
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6 ist eine schematische perspektivische Schnittansicht der Klemme mit einer der in 3 gezeigten Verstärkungen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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In den Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Komponenten beziehen, zeigt 1 eine perspektivische schematische Ansicht eines Verbrennungsmotors 10. Der Motor 10 umfasst einen Zylinderblock 12 und Zylinderköpfe 14, die am Zylinderblock 12 angebracht sind. Obwohl in den bereitgestellten Figuren nicht gezeigt, schließen der Zylinderblock 12 und die Zylinderköpfe 14 Zylinder ein, die Hubkolben beherbergen, die wiederum mit einer Motorkurbelwelle betriebsfähig verbunden sind.
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Die Zylinder des Motors 10 empfangen typischerweise ein Gemisch von Kraftstoff und Luft, um eine Verbrennung zu erzeugen und das Motorausgangsdrehmoment an der Kurbelwelle über die Hin- und Herbewegung der Kolben zu erzeugen. Nach der Verbrennung des Kraftstoff/Luft-Gemisches innerhalb der Zylinder werden die Gase nach der Verbrennung durch ein zweckgebundenes Auslasssystem 16 mit einem Abgaskatalysator 18 an die Atmosphäre geleitet. Wie dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt ist, sind Abgaskatalysatoren typischerweise dazu konfiguriert, die in der Abgasströmung vorhandenen Kohlenwasserstoffemissionen zu oxidieren und zu verbrennen. Obwohl der Motor 10 als Kompressionszündungstyp dargestellt ist, kann ein Funkenzündungstyp eines Motors ebenso in Erwägung gezogen werden.
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Das Auslasssystem 16 umfasst auch einen durch Abgas angetriebenen Turbolader 20. Der Turbolader 20 ist dazu konfiguriert, die ankommende Luftströmung über ein Kompressorrad (nicht dargestellt), das innerhalb des Kompressorgehäuses 22 aufgenommen ist, mit Druck zu beaufschlagen. Die mit Druck beaufschlagte Luftströmung wird anschließend in Kombination mit einer proportional zugeführten Menge an Kraftstoff zur Verbrennung verwendet, um dadurch das Ausgangsdrehmoment und die Volumeneffizienz des Motors 10 zu verbessern. Der Turbolader 20 umfasst auch ein Turbinenrad (nicht dargestellt), das in einem Turbinengehäuse 24 aufgenommen ist. Das Turbinenrad ist an einer gemeinsamen Welle (nicht dargestellt) mit dem Kompressorrad angebracht. Die Welle ist innerhalb eines Lagergehäuses 26 drehbar abgestützt. Das Turbinengehäuse 24 ist an den Zylinderköpfen 14 zum Empfangen der Abgasströmung von den Motorzylindern befestigt. Wenn das Turbinenrad durch die Abgasströmung, die vom Motor 10 nach jedem Verbrennungsereignis abgegeben wird, aktiviert wird, überträgt das Turbinenrad eine Drehbewegung auf das Kompressorrad zur Druckbeaufschlagung der ankommenden Luftströmung.
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Wie in 1 gezeigt, ist der Turbolader 20 über das Turbinengehäuse 24 mit den Zylinderköpfen 14 eng gekoppelt und der Katalysator 18 ist mit dem Turbolader eng gekoppelt. Eine solche enge Kopplung der Auslasskomponenten mit den Zylinderköpfen 14 verringert den Abgaswärmeverlust, was wiederum dazu dient, die Zeit zu verkürzen, die erforderlich ist, um den Katalysator zu aktivieren, nachdem der Motor anfänglich gestartet ist. Das Auslasssystem 16 umfasst auch ein Flammrohr 28, das mit dem Katalysator 18 gekoppelt ist und dazu konfiguriert ist, das Abgas zu den restlichen Auslassrohrleitungen (nicht dargestellt) und schließlich an die Atmosphäre auszuleiten. Folglich sind der Katalysator 18, das Turbinengehäuse 24, das Lagergehäuse 26 und das Flammrohr 28 alle einer erhöhten Wärme der Abgase nach der Verbrennung ausgesetzt.
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Wie dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt ist, kann die Temperatur der Abgase nach der Verbrennung 1600 Grad Fahrenheit in Kompressionszündungsmotoren überschreiten und kann 1900 Grad Fahrenheit in Funkenzündungstypen überschreiten. Außerdem wird im Allgemeinen angestrebt, dass die jeweiligen Grenzflächen zwischen dem Turbinengehäuse 24, dem Lagergehäuse 26, dem Katalysator 18 und dem Flammrohr 28 im Wesentlichen abgedichtet sind, so dass irgendein Abgasaustritt durch diese minimiert ist. Folglich sind typischerweise angepasste Grenzflächenoberflächen sowie robuste Befestigungsvorrichtungen wie z. B. Klemmen und Schrauben, die erhöhten Temperaturen standhalten können, erforderlich.
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Das Turbinengehäuse 24 ist mit dem Lagergehäuse 26 über eine Klemme 30 verbunden. Das Turbinengehäuse 24 umfasst einen Befestigungsflansch 32 und das Lagergehäuse 26 umfasst einen komplementären Befestigungsflansch 34, wobei die Flansche durch die Klemme 30 in Eingriff gebracht und zusammengezogen werden. Jeder der Flansche 32 und 34 ist durch eine abgewinkelte Oberfläche 33 bzw. 35 (in 3 gezeigt) gekennzeichnet. Die abgewinkelten Oberflächen 33, 35 sind durch eine im Allgemeinen glatte Oberflächenbeschaffenheit gekennzeichnet, um zu ermöglichen, dass die Klemme 30 relativ zu den Oberflächen gleitet, wenn die Klemme während der Montage festgezogen wird, d. h. radial nach innen gezogen wird. Folglich werden die abgewinkelten Oberflächen 33, 35 durch die Klemme 30 in Eingriff gebracht und erleichtern, dass die Flansche zusammengezogen werden, wenn die Klemme festgezogen wird.
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Wie in 2 gezeigt, umfasst die Klemme 30 einen Körper, der als gekrümmtes Band 36 konfiguriert ist. Um erhöhten Temperaturen des Auslasssystems 16 dauerhaft standzuhalten, kann das Band 36 aus einem temperaturbeständigen Material wie z. B. Edelstahl ausgebildet sein. Ferner kann das Band 36 ein kontinuierliches Element sein oder aus mehreren gekrümmten Segmenten bestehen, die durch ein Gelenk 37 verbunden sind. Das Band 36 umfasst eine innere Oberfläche 38, eine äußere Oberfläche 40, ein erstes Ende 42 und ein zweites Ende 44. Das Band 36 ist durch einen im Wesentlichen V-förmigen Querschnitt 3-3 gekennzeichnet, der in einer radialen Ebene 45 des Bandes angeordnet ist (in 2 gezeigt). Folglich ist die Klemme 30 üblicherweise als V-Bandklemme bekannt. Wie nachstehend genauer beschrieben wird, kann, obwohl der Querschnitt 3-3 im Wesentlichen V-förmig ist, der Querschnitt auch einen weitgehend flachen Grenzflächenabschnitt umfassen, der die zwei Seiten des ”V” verbindet. Die innere Oberfläche 38 der Klemme 30 definiert die innere Kontur der V-Form. Die Klemme 30 umfasst auch eine Befestigungsvorrichtung, die eine Schraube 46 und eine Mutter 48 umfasst. Ähnlich zum Band 36 können sowohl die Schraube 46 als auch die Mutter 48 aus einem temperaturbeständigen Material wie z. B. Edelstahl ausgebildet sein. Wenn das Turbinengehäuse 24 und das Lagergehäuse 26 zusammengeklemmt werden, kombinieren sich die Schraube 46 und die Mutter 48, um das erste und das zweite Ende 42, 44 zu umklammern, d. h. zusammenzuziehen, so dass das Band 36 um die Flansche 32, 34 festgezogen wird. Wenn die Klemme 30 festgezogen wird, quetscht oder presst die innere Oberfläche 38 folglich die Flansche 32 und 34 zusammen und dichtet die Grenzfläche zwischen den Flanschen im Wesentlichen ab, um einen Abgasaustritt zu minimieren.
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Wie in 3 gezeigt, ist der Querschnitt 3-3 durch einen ersten Abschnitt 50, einen zweiten Abschnitt 52 und eine Grenzfläche 54 definiert, die als weitgehend flacher Abschnitt gezeigt ist, der den ersten und den zweiten Abschnitt verbindet. Wie in 2–6 gezeigt, umfasst das Band 36 zusätzlich mindestens eine Verstärkung 56. Die Verstärkung 56 ist dazu konfiguriert, den Querschnitt 3-3 zu versteifen und das Nachgeben des Querschnitts zu minimieren, wenn das Turbinengehäuse 24 und das Lagergehäuse 26 geklemmt werden. Die Verstärkung 56 ist an der Grenzfläche 54 angeordnet. Wie in 3 und 6 gezeigt, kann die Verstärkung 56 als lokalisiert ausgebildete Vertiefung konfiguriert sein, die von der inneren Oberfläche 38 nach außen vorsteht. Die Verstärkung 56 kann auch als lokalisiert ausgebildete Vertiefung konfiguriert sein, die von der äußeren Oberfläche 40 nach außen vorsteht (in 3 gezeigt). Wie gezeigt, ist jede lokalisiert ausgebildete Vertiefung im Wesentlichen in einem Eckenübergang 58 zwischen der Grenzfläche 54 und einem der ersten und zweiten Abschnitte 50, 52 angeordnet. Mehrere solche lokalisiert ausgebildeten Vertiefungen können entlang des Bandes 36 versetzt sein. Eine solche Positionierung der lokalisiert ausgebildeten Vertiefungsverstärkung 56 versteift den Querschnitt 3-3 und folglich die Struktur der Klemme 30 wesentlich.
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Wie in 4 gezeigt, kann die Verstärkung 56 auch als radial ausgebildete Rippe konfiguriert sein, die von der äußeren Oberfläche 40 nach außen vorsteht. Wie in 5 gezeigt, kann die Verstärkung 56 ebenso als radiale Rippe konfiguriert sein, die an der äußeren Oberfläche 40 befestigt ist, wie z. B. durch einen Schweißprozess. Wie gezeigt, kann sich die Rippe kontinuierlich über den ersten Abschnitt 50, den zweiten Abschnitt 52 und die Grenzfläche 54 erstrecken. Die Rippenverstärkungen 56 sind so positioniert, dass sie die Eckenübergänge 58 zwischen der Grenzfläche 54 und dem ersten und dem zweiten Abschnitt 50, 52 wesentlich versteifen. Mehrere solche Rippen können entlang des Bandes 36 versetzt sein. Wie bei den vorstehend beschriebenen lokalisiert ausgebildeten Vertiefungen versteift eine solche Positionierung der Rippenverstärkungen 56 wesentlich den Querschnitt 3-3 und folglich die Struktur der Klemme 30.
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Andere Grenzflächen am Auslasssystem 16 können auch über denselben Typ von Klemme 30 verbunden werden. Wie in 1 gezeigt, kann der Katalysator 18 mit dem Flammrohr 28 über eine Klemme 30 gekoppelt sein. Folglich umfasst das Flammrohr 28 einen Befestigungsflansch 60 und der Katalysator 18 umfasst einen komplementären Befestigungsflansch 62, die durch die jeweilige Klemme 30 in Eingriff gebracht und zusammengezogen werden. Ähnlich zu den Oberflächen 33 und 35, die in 3 gezeigt sind, ist jeder der Flansche 60 und 62 durch eine abgewinkelte Oberfläche mit einer im Allgemeinen glatten Oberflächenbeschaffenheit gekennzeichnet. Die abgewinkelten Oberflächen der Flansche 60 und 62 werden durch die Klemme 30 in Eingriff gebracht und werden zusammengezogen, wenn die Klemme festgezogen wird.
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Obwohl in den Figuren nicht dargestellt, kann das Turbinengehäuse 24 außerdem auch mit dem Katalysator 18 des Turbinengehäuses 24 über die Klemme 30 gekoppelt sein. Folglich würde das Flammrohr 28 einen Befestigungsflansch umfassen und der Katalysator 18 umfasst einen komplementären Befestigungsflansch, die durch die jeweilige Klemme 30 in Eingriff gebracht und zusammengezogen werden würden. Ähnlich zu den Oberflächen 33 und 35, die in 3 gezeigt sind, und den Oberflächen der Befestigungsflansche 60 und 62 wäre jeder der Flansche in einem solchen Fall durch eine abgewinkelte Oberfläche mit einer im Allgemeinen glatten Oberflächenbeschaffenheit gekennzeichnet, damit sie durch die Klemme 30 in Eingriff gebracht werden, damit sie zusammengezogen werden, wenn die Klemme festgezogen wird.
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Im Allgemeinen wird der Befestigungs- oder Klemmdruck von der Klemme 30 von zwei entgegengesetzten Seiten einer speziellen Verbindung zwischen zwei Objekten in einem Winkel in Richtung der Mitte des Bandes 36 aufgebracht, um dadurch die Gegenflansche zusammenzupressen, wenn die Klemme festzogen wird. Ein solcher Klemmdruck spreizt gewöhnlich den ersten Abschnitt 50 und den zweiten Abschnitt 52 auseinander. In Kombination mit erhöhter Wärme des Auslasssystems 16 während des Betriebs des Motors 10 gibt über die Zeit insbesondere wahrscheinlich der Querschnitt 3-3 an den Eckenübergängen 58 durch den Klemmdruck dauerhaft nach. Ein solches Nachgeben des Querschnitts 3-3 ermöglicht, dass die Verbindung zwischen den Objekten sich schließlich lockert und sich ein Abgasleck entwickelt. Das Hinzufügen der Verstärkungen 56 zum Band 36 soll dem Klemmdruck entgegenwirken und die Wahrscheinlichkeit, dass der Querschnitt 3-3 nachgibt, verringern, wobei somit die Möglichkeit eines Abgaslecks durch die jeweilige Verbindung minimiert wird.
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Obwohl die besten Arten zur Ausführung der Erfindung im Einzelnen beschrieben wurden, erkennt der Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich diese Erfindung bezieht, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche.
