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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplung für eine Abgaslanlage eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen Lastkraftwagen mit einer derartigen Abgasanlage.
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Die Abgasanlage eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug enthält üblicherweise einen landläufig als ”Auspuff” bezeichneten Abgasstrang. Eine Hauptaufgabe des Abgasstrangs ist die Ableitung von Verbrennungsgasen. Zugleich kann der Abgasstrang Druckstöße dämpfen, die bei der explosionsartigen Verbrennung von Kraftstoff in den Brennräumen entstehen, und die auf diese Weise verursachten Schallemissionen reduzieren. Zu den genannten Zwecken umfasst ein herkömmlicher Abgasstrang einen mit dem Verbrennungsmotor verbundenen Abgaskrümmer, der in ein mit dem Abgaskrümmer verschraubtes Hosenrohr mündet, welches wiederum mit einem Katalysator verbunden ist. Dieser bewirkt eine chemische Reaktion der ihn durchströmenden Abgase und leitet diese, gegebenenfalls über einen Schalldämpfer, in ein Endrohr des Abgasstrangs weiter, aus dem die Abgase in die Atmosphäre abgegeben werden.
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Endrohre werden bei Straßenfahrzeugen in der Regel bis hinter die Personenkabine verlegt, um ein Vordringen der Abgase zu den Insassen zu verhindern. Bei manchen Lastkraftwagen, Bussen, Traktoren und anderen Sonderfahrzeugen werden die Abgase nach oben abgeleitet, um zusätzlich das Anblasen von Personen oder Gegenständen außerhalb des Fahrzeugs zu vermeiden.
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Besondere konstruktive Anforderungen verursacht die Abgasführung im Falle von Lastkraftwagen. Diese umfassen als Raum für Fahrzeugführer und Begleitpersonen zumeist einen als Führerhaus oder Fahrerhaus bezeichneten Aufbau, an den der Auspuff/Abgasstrang hochgezogen angebaut ist. Bei sogenannten Frontlenkern, Kurzhaubern oder Stirnsitzern, die für den Motoraufbau nicht über einen Aufbau vor dem Fahrerplatz verfügen, befindet sich das Fahrerhaus oberhalb des Motors („cab over engine”, COE).
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Bei dieser technischen Konstruktion weist das Fahrerhaus gewöhnlich eine Kippvorrichtung auf, um die darunter befindlichen Aggregate für Wartungs- und Reparaturarbeiten zugänglich zu halten.
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Die
US 5,873,429 beschreibt eine konventionelle Abgasanlage für Lastkraftwagen. Ein horizontaler Arm dieser Abgasanlage ist an einem Rahmenelement des Lastkraftwagens montiert und mit einem Schwingungsisolator versehen, der das Gewicht eines vertikalen Armes der Abgasanlage trägt. Mittels einer L-förmigen Kupplung sind die beiden Arme dieser Vorrichtung derart verbunden, dass eine vertikale Bewegung des Führerhauses relativ zum Rahmen des Lastkraftwagens möglich bleibt.
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Die
US 2003/0137147 A1 offenbart eine andere bekannte Kupplung. Gemäß des in dieser Druckschrift beschriebenen Ansatzes werden die zwei Kupplungsenden mittels einer mechanischen Führung verbunden, die durch eine äußere Hülle gegen die Umgebung abgedichtet ist. Zwischen Abgasführung und Außenhülle ist dabei eine Dämmschicht zur Wärmeisolierung angeordnet.
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Eine gattungsgemäße Kupplung zur Verwendung in einer Kraftfahrzeugabgasanlage ist auch aus der
EP 2 307 677 B1 bekannt. Diese bekannte Kupplung beruht in ihrer Funktionsweise auf einem nichtmetallischen Faltenbalg, der eine Polsteraufnahmetasche zur Verbindung der zwei Kupplungsenden bildet.
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Die
US 7,506,667 stellt einen anderen Ansatz zur Kupplung von Abgasanlagen dar, der auf zwei ineinander reichende, in Fluidverbindung stehende Trichter basiert. Diese sind im Wesentlichen konzentrisch angeordnet und mittels eines Kragens und flexiblen Schlauchs verbunden.
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Nachteilig bei den gattungsgemäßen Abgasanlagen oder Kupplungen ist deren teilweise eingeschränkte Einstellbarkeit im Rahmen des Ausgleichs von Einbautoleranzen. Sind die einzelnen Bauteile der Abgasanlage nicht einwandfrei konfiguriert, so kann diese aufgrund der im Fahrbetrieb möglichen Vibrationen unter ungünstigen Umständen scheppernde oder klappernde Geräusche verursachen.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Abgasanlage der eingangs genannten Art eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform einer Kupplung anzugeben, die sich insbesondere durch geeignetere Einstellmöglichkeiten oder eine reduzierte Geräuschentwicklung im Fahrbetrieb auszeichnet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zwischen zwei lösbar verbundenen und in Fluidverbindung stehenden Rohrleitungen der Kupplung einen Formschluss herbeizuführen. Einer Beanspruchung der Kupplung durch bei Betriebsbelastung des Kraftfahrzeugs seitlich auf die Rohrleitungen einwirkende Kräfte kann die Kupplung auf diese Weise widerstehen. Generell ist die erfindungsgemäße formschlüssige Kupplung in der Lage sowohl axiale als auch radiale Kräfte bezogen auf die jeweilige Rohrleitung aufzunehmen. Der Formschluss zwischen erster und zweiter Rohrleitung kann realisiert werden, indem jede der Rohrleitungen einen hohlzylindrischen Abschnitt aufweist, die ineinander geschoben und im Wesentlichen koaxial angeordnet sind. Auf diese Weise kann im Bereich der beiden genannten Abschnitte der Formschluss in allen Richtungen der zur Zylinderachse senkrechten Ebene herbeigeführt werden. Gleichzeitig bleiben die Abschnitte in zumindest einer Axialrichtung relativ zueinander beweglich, sodass die Verbindung der Rohrleitungen in dieser Richtung lösbar bleibt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kupplung zudem ein elastisches Element aufweisen. Bei geeigneter Anordnung vermag dieses Element eine Vorspannung zumindest einer der beiden Rohrleitungen in Richtung ihres Gegenstücks auszuüben. Auf diese Weise lässt sich ohne äußere Belastung eine Spannung der Kupplung derart bewirken, dass auch im Belastungsfall die Verbindung der Rohrleitungen stabil bleibt und insbesondere ein als störend empfundenes Klappern aneinander schlagender Rohrleitungsabschnitte vermieden wird.
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Vorteilhafterweise umfasst das elastische Element dabei ein Kompensationselement, etwa einen Faltenbalg. Dieser lässt sich etwa an einem der beiden Abschnitte der Rohrleitungen anbringen, um diese vor Fremdeinflüssen, insbesondere Verschmutzung zu schützen und gegenüber der Umgebung abzudichten.
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Eine bevorzugte metallische Ausführung des Faltenbalgs verleiht diesem – etwa gegenüber Leder, Gummi oder Kunststoff – den zusätzlichen Vorzug hoher Belastbarkeit, Verschleißfestigkeit und Duktilität selbst bei vergleichsweise geringer Wandstärke.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch:
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1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Kupplung im geschlossenen Zustand,
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2 eine Schnittansicht der Kupplung gemäß 1 in einem Betriebszustand,
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3 eine perspektivische Ansicht der Kupplung gemäß 1 und 2 und
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4 eine perspektivische Ansicht einer Abgasanlage mit einer Kupplung gemäß der vorangehenden Figuren.
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1 und 2 zeigen Schnittansichten einer erfindungsgemäßen Kupplung 1 zweier Rohrleitungen 3, 4. Während die Kupplung 1 in 1 dabei in einer neutralen geschlossenen Stellung gezeigt wird, befinden sich die Rohrleitungen 3, 4 in der Darstellung gemäß 2 in einem Winkelversatz α von etwa 11° bezüglich ihrer Mittelachsen.
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Als Rohrleitung ist dabei jegliche Vorrichtung zu verstehen, die aufgrund ihrer Beschaffenheit zum Transport von Flüssigkeiten, Gasen oder Feststoffen geeignet scheint, insbesondere Rohre, Rohrformteile, Ausdehnungsstücke, Armaturen, Dichtungen, Verbindungselemente wie Flansche, Fittings, Verschraubungen, Muffen sowie Befestigungselemente. In einem ebenso weit gefassten Sinn umfasst der Begriff „Kupplung” im vorliegenden Zusammenhang grundsätzlich jedes Leitungselement, das eine starre, elastische, bewegliche oder lösbare Verbindung zweier Rohrleitungen herzustellen vermag.
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Im vorliegenden Beispiel sind die Rohrleitungen 3, 4 dabei zur Minimierung ihrer Umfangsfläche als Rundrohre kreisförmigen Querschnitts ausgeführt. Zur Erhöhung der Steifigkeit der Gesamtvorrichtung sind gleichwohl Rohrleitungen mit rechteckigen, ovalen oder anderen Querschnittsformen im Rahmen einer erfindungsgemäßen Abgasanlage einsetzbar.
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Die erste Rohrleitung 3 und die zweite Rohrleitung 4 weisen dabei jeweils eine Nennweite auf und sind jeweils aus Werkstoffen gefertigt, die den statischen und dynamischen Belastungen einer Abgasanlage 2 für Kraftfahrzeuge genügen. Zu denken ist etwa an durch den Fahrzeugmotor verursachte Druckstöße oder Schallemissionen, korrosive Beanspruchung sowie Strömungsgeschwindigkeit und Temperatur der zu transportierenden Verbrennungsabgase. Je nach Art und Zylinderzahl des Motors kann zumindest eine der Rohrleitungen 3, 4 dabei auch zwei- oder mehrflutig ausgeführt sein.
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Wie die 1 und 2 zeigen, gehen die erste Rohrleitung 3 und die zweite Rohrleitung 4 dabei eine lösbare Verbindung ein, die gemäß ihres Wirkprinzips als Formschluss einzustufen ist. Diese formschlüssige Verbindung wird mittels zweier ineinander geschobener Abschnitte 5, 6 der Rohrleitungen 3, 4 hergestellt. Dem kreisförmigen Querschnitt der Rohrleitungen 3, 4 entsprechend besitzen die Abschnitte 5, 6 dabei im Wesentlichen die Gestalt von Hohlzylindern, deren Rotationsachsen in ihrem in 1 gezeigten Zustand übereinstimmen. Gemäß dem Sprachgebrauch der Geometrie sind der erste Abschnitt 5 und der zweite Abschnitt 6 somit gleichachsig oder koaxial angeordnet. Im Kontaktbereich der Abschnitte 5, 6 weist der Querschnitt des ersten Abschnitts 5 dabei einen gegenüber demjenigen des zweiten Abschnitts 6 geringfügig verringerten Durchmesser auf, um ein Stülpen des zweiten Abschnitts 6 über den ersten Abschnitt 5 zu ermöglichen.
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Der erste Abschnitt 5 weist ferner ein elastisches Element 7 in Form eines Faltenbalgs 8 auf, also eines sich federnd zusammenziehenden Schlauchs mit vorzugsweise gerundeten Wellen. Dieser Faltenbalg 8 ist in einer Weise angeordnet, dass er die erste Rohrleitung 3 in Richtung der zweiten Rohrleitung 4 vorzuspannen vermag. In entsprechender Weise kann anstelle eines Faltenbalgs 8 ein anderes Bauteil zum Einsatz kommen, das unter Belastung nachgibt und nach Entlastung in seine ursprüngliche Gestalt zurückkehrt, sich also elastisch rückstellend verhält. In Betracht kommt etwa eine Torsionsfeder. Die auf diese Weise aufgebaute Vorspannung bewirkt zusammen mit der in 1 und 2 erkennbaren charakteristischen Profilierung der Abschnitte 5, 6, dass Letztere sich auch unter Last entlang einer im Wesentlichen kreisringförmigen Anlagefläche einander anschmiegen. Die wechselseitig durch die Rohrleitungen 3, 4 im Bereich ihrer Abschnitte 5, 6 ausgeübten Kräfte wirken daher im Wesentlichen linear und nicht flächig.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht der in einer Abgasanlage 2 verbauten Kupplung 1 an einem Lastkraftwagen 9. Die Kupplung 1 weist dabei eine Position und Orientierung auf, die zwei wesentlichen Anwendungsfällen gerecht wird. So wird einerseits ein Verschwenken eines Fahrerhauses 10 zu Inspektions- und Wartungszwecken ermöglicht, wobei sich die zweite Rohrleitung 4 von der ersten Rohrleitung 3 im Bereich der Abschnitte 5, 6 löst. Andererseits wirken Lenkmanöver und seitliche Erschütterungen im Fahrbetrieb in erster Linie tangential zur Mantelfläche der durch die Abschnitte 5, 6 gebildeten Hohlzylinder. Einer sogenannten Torsion dieser Art vermag die Kupplung 1 aufgrund ihrer erfindungsgemäßen Ausgestaltung im Regelfall standzuhalten.
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4 zeigt die Kupplung 1 samt Abgasanlage 2 im Kontext weiterer Bauteile eines entsprechend ausgerüsteten Lastkraftwagens 9. Wie 4 erahnen lässt, ist in diesem Fall die erste Rohrleitung 3 am Chassis 11, die zweite Rohrleitung 4 hingegen am Fahrerhaus 10 befestigt. Die einer Ausführungsform der Erfindung gemäße Abgasanlage 2 erleichtert herstellerseitig eine derartige Montage, da die erste Rohrleitung 3 und die zweite Rohrleitung 4 unabhängig voneinander an ihren vorgesehenen Haltepunkten fixiert und erst in einer späteren Phase des Fertigungsprozesses zur Abgasanlage 2 zusammengefügt werden können. Fertigungstoleranzen, die etwa in einem Versatz der Mittelachsen der Rohrleitungen 3, 4 resultieren können, werden dabei weitgehend durch die erfindungsgemäße Anordnung ausgeglichen, sodass eine insgesamt erhöhte Stabilität der Abgasanlage 2 resultiert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5873429 [0006]
- US 2003/0137147 A1 [0007]
- EP 2307677 B1 [0008]
- US 7506667 [0009]
