DE102014008528A1

DE102014008528A1 - Dichtungsanordnung, vorzugsweise für einen Abgastrakt eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102014008528A1
Application number: DE102014008528.7A
Authority: DE
Inventors: Markus Lang
Original assignee: MAN Truck and Bus SE
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2014-06-07
Filing date: 2014-06-07
Publication date: 2015-12-17
Anticipated expiration: 2034-06-08
Also published as: DE102014008528B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung (D), insbesondere selbstverstärkend und längenausgleichend, vorzugsweise für einen Abgastrakt eines Kraftfahrzeugs. Die Dichtungsanordnung (D) umfasst ein inneres Rohrende (1) eines Abgasrohres (10) und ein äußeres Rohrende (2) eines Abgasrohres (20), wobei sich das innere Rohrende (1) und das äußere Rohrende (2) in einen Überlappungsbereich (3) überlappen. Die Dichtungsanordnung (D) zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass ein Dichtring (4) in dem Überlappungsbereich (3) zwischen dem inneren Rohrende (1) und dem äußeren Rohrende (2) angeordnet ist und eine Fase (4.1) zur Anlage an einer Gegenfase (1.1) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung, vorzugsweise für einen Abgastrakt eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, z. B. eines Omnibusses oder eines Lastkraftwagens.
Im Stand der Technik sind sogenannte Lamellenringdichtungen bekannt, die zwischen Rohrenden von Abgasrohren eingesetzt werden, um die Rohrenden dicht miteinander zu verbinden. Die Lamellenringdichtungen sind aus einem relativ harten Material gefertigt und drücken mit ihren Lamellen radial gegen die Abgasrohre. Dadurch, dass das Abgas sehr hohe Temperaturen aufweist, kommt es mittels Temperaturdehnung zu einer Relativbewegung zwischen den zu verbindenden Rohrenden. Die Relativbewegung in Kombination mit den aus relativ hartem Material hergestellten Lamellenringdichtungen führt dazu, dass sich die Lamellenringdichtungen mit der Zeit in die Abgasrohre hineinarbeiten, insbesondere hineinkratzen oder hineinschaben, was einerseits zu einer Beschädigung der Abgasrohre und andererseits zu einer Beeinträchtigung der Dichtheit führen kann.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte und/oder alternative Möglichkeit zum Verbinden der Rohrenden zweier Abgasrohre zu schaffen.
Diese Aufgabe kann mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst werden. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung können den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung entnommen werden.
Die Erfindung schafft eine Dichtungsanordnung, vorzugsweise für einen Abgastrakt eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, z. B. eines Lastkraftwagens oder eines Omnibusses. Die Dichtungsanordnung umfasst ein inneres Rohrende eines ersten Abgasrohrs und ein äußeres Rohrende eines zweiten Abgasrohrs. Das innere Rohrende und das äußere Rohrende überlappen sich in einem Überlappungsbereich.
Die Dichtungsanordnung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass ein Dichtring in dem Überlappungsbereich zwischen dem inneren Rohrende und dem äußeren Rohrende angeordnet ist und der Dichtring eine Fase zur Anlage an eine Gegenfase, vorzugsweise eine Fase des inneren Rohrendes aufweist. Mittels des Fasenkontakts kann eine axiale Beaufschlagung des Dichtrings einerseits genutzt werden, um die axiale Dichtwirkung zu verstärken, und andererseits genutzt werden, um eine radiale Dichtwirkung zu erzielen. Dadurch, dass der Dichtring darüber hinaus vorzugsweise elastisch und/oder aus einem weicheren Material hergestellt ist als zumindest das äußere Rohrende, führt eine Relativbewegung dort dazwischen zu keiner Beschädigung.
Die Dichtungsanordnung, insbesondere der Dichtring, ist zweckmäßig selbstverstärkend und längenausgleichend.
Die Gegenfase ist vorzugsweise eine am inneren Rohrende ausgeführte Fase, so dass sie im Folgenden meist als „Fase des inneren Rohrendes” bezeichnet wird.
Es ist möglich, dass die Fase des Dichtrings eine Innenfase ist und die Fase des inneren Rohrendes eine Außenfase ist. Die Fase des Dichtrings und/oder die Fase des inneren Rohrendes weist vorzugsweise einen Schrägungswinkel von 45° auf, zweckmäßig +/–15°, +/–10° oder +/–5°.
Der Außendurchmesser des Dichtrings hat vorzugsweise ein Übermaß zum Innendurchmesser des äußeren Rohrendes. Alternativ oder ergänzend kann der Innendurchmesser des Dichtrings ein Übermaß zum Außendurchmesser des inneren Rohrendes aufweisen.
Es ist möglich, dass im Überlappungsbereich ein vorzugsweise elastisches und/oder federndes Beaufschlagungselement angeordnet ist, um den Dichtring zweckmäßig axial gegen die Fase des inneren Rohrendes zu drücken. Das Beaufschlagungselement ist vorzugsweise ein Federelement, z. B. eine Wellfeder.
Es ist möglich, dass das äußere Rohrende ein Widerlager für das Beaufschlagungselement umfasst. Vorzugsweise dient ein Versatz des äußeren Rohrendes als Widerlager für das Beaufschlagungselement. Der Dichtring liegt somit folglich zweckmäßig einerseits an der Fase des inneren Rohrendes an und andererseits an dem Beaufschlagungselement. Das Beaufschlagungselement hingegen liegt zweckmäßig einerseits an dem Dichtring an und andererseits an dem Widerlager des äußeren Rohrendes.
Es ist möglich, dass der Dichtring mittels Abgasdruck aus dem ersten Abgasrohr und/oder dem zweiten Abgasrohr beaufschlagbar ist, so dass der Anpressdruck des Dichtrings gegen die Fase des inneren Rohrendes verstärkt wird.
Es ist möglich, dass zwischen den Rohrenden eine Relativbewegung mittels Temperaturdehnung erzeugt wird, wenn erwärmtes Abgas durch die Abgasrohre geleitet wird, wodurch der Dichtring und das Beaufschlagungselement zueinander hin bewegt werden, so dass der Anpressdruck des Dichtrings gegen die Fase des inneren Rohrendes verstärkt wird. Hierbei ist es insbesondere notwendig, dass die Rohrenden axiale Kräfte aufnehmen können, was z. B. dann der Fall ist, wenn die Dichtungsanordnung in eine Abgaskrümmerverrohrung integriert ist.
Der Dichtring kann z. B. ein in Form gepresstes Drahtgestrick oder Drahtgeflecht sein, vorzugsweise aus Edelstahl oder Messing und/oder mit Grafit versehen. Der Drahtdurchmesser ist vorzugsweise größer als das maximale Spiel zwischen dem inneren Rohrende und dem äußeren Rohrende, um ein theoretisch mögliches Einklemmen einer einzelnen Drahtschlinge zu vermeiden. Der Dichtring ist vorzugsweise aus einem elastischen Material gefertigt und/oder aus einem weicheren Material als das äußere Rohrende und/oder das innere Rohrende.
Es ist möglich, dass im Überlappungsbereich das innere Rohrende eine mittels der Fase des inneren Rohrendes gefaste Ausnehmung aufweist und/oder das äußere Rohrende eine mittels des Widerlagers gestufte Ausnehmung aufweist, um den Dichtring und das Beaufschlagungselement aufzunehmen.
Der Dichtring und das Beaufschlagungselement können vorverspannt montiert sein, zweckmäßig durch Zusammenpressen der zwei Abgasrohre.
Zu erwähnen ist, dass der Dichtring und das Beaufschlagungselement zweckmäßig zu einem Funktionselement kombinierbar sind, z. B. durch Verschweißen (z. B. Punktschweißen) oder eine andere Befestigungstechnik.
Zu erwähnen ist außerdem, dass die Dichtungsanordnung zweckmäßig bei Rohrsystemen für heiße Gase eingesetzt werden kann, insbesondere unabhängig vom Typ des Verbrennungsmotors und unabhängig vom Kraftstoff, mobilen oder stationären Systemen.
Die Erfindung ist nicht auf eine Dichtungsanordnung beschränkt, sondern umfasst auch einen Abgastrakt für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise ein Nutzfahrzeug, z. B. einen Omnibus oder einen Lastkraftwagen. Der Abgastrakt umfasst eine Dichtungsanordnung, wie hierin offenbart, dessen Abgasrohre zum Führen von Abgas aus einem Verbrennungsmotor dienen. Der Abgastrakt kann z. B. eine Abgaskrümmerverrohrung sein.
Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind miteinander kombinierbar. Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart oder ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Figuren.
1 zeigt eine Schnittansicht einer Dichtungsanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
2 zeigt eine vergrößerte Detailansicht der Dichtungsanordnung der 1 in kaltem Zustand,
3 zeigt die Detailansicht der 2 in heißem Zustand,
4 zeigt eine perspektivische, explosionsartige Ansicht der Dichtungsanordnung der 1 bis 3,
5 zeigt eine Schnittansicht eines Dichtrings gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
6 zeigt ein Beaufschlagungselement für eine Dichtungsanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
7 zeigt eine Schnittansicht einer Dichtungsanordnung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
Die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen stimmen teilweise überein, wobei ähnliche oder identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und zu deren Erläuterung auch auf die Beschreibung der anderen Ausführungsformen verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden.
1 zeigt eine Schnittansicht einer Dichtungsanordnung D gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, insbesondere für einen Abgastrakt eines Kraftfahrzeugs.
Die Dichtungsanordnung D umfasst ein inneres Rohrende 1 eines Abgasrohrs 10 und ein äußeres Rohrende 2 eines Abgasrohrs 20. Das innere Rohrende 1 und das äußere Rohrende 2 überlappen sich in einem Überlappungsbereich 3.
Die Abgasrohre 10 und 20 dienen zum Führen von Abgas aus einem Verbrennungsmotor. Die Abgasrohre 10 und 20 werden mittels des heißen Abgases erhitzt, was in der Folge zu einer Temperaturausdehnung und einer Relativbewegung der Abgasrohre 10 und 20 im Überlappungsbereich 3 führt.
Die Dichtungsanordnung D umfasst einen Dichtring 4 in dem Überlappungsbereich 3 zwischen dem inneren Rohrende 1 und dem äußeren Rohrende 2. Der Dichtring 4 liegt mit einer Innenfase 4.1 an einer Außenfase 1.1 („Gegenfase”) des inneren Rohrendes 1 an. Die Fase 4.1 des Dichtrings 4 und die Fase 1.1 des inneren Rohrendes 1 sind zweckmäßig als 45°-Fasen ausgeführt. Der Außendurchmesser des Dichtrings 4 weist ein Übermaß zum Innendurchmesser des äußeren Rohrendes 2 auf. Der Innendurchmesser des Dichtrings 4 weist ein Übermaß zum Außendurchmesser des inneren Rohrendes 1 auf. Der Dichtring 4 ist vorzugsweise aus einem in Form gepressten Drahtgestrick oder Drahtgeflecht gefertigt, vorzugsweise aus Edelstahl oder Messing, und optional versehen mit Grafit. Der Graphitanteil soll einerseits verbleibende Poren im Drahtgestrick oder -geflecht auffüllen, und andererseits die Reibung zwischen Dichtring 4 und äußerem Rohrende 2 reduzieren. Der Dichtring 4 ist elastisch ausgeführt und aus einem weicheren Material als zumindest das äußere Rohrende 2.
Die Dichtungsanordnung D umfasst ferner ein zweckmäßig im Überlappungsbereich 3 angeordnetes, insbesondere elastisches/federndes Beaufschlagungselement 6. Das Beaufschlagungselement 6 ist in der gezeigten Ausführungsform eine Wellenfeder, die den Dichtring 4 gegen die Fase 1.1 des inneren Rohrendes 1 beaufschlagt. Ein Versatz des äußeren Rohrendes 2 dient als Widerlager 5 für das Beaufschlagungselement 6.
Das innere Rohrende 1 umfasst eine mittels der Fase 1.1 gefaste Ausnehmung, während das äußere Rohrende 2 eine mittels des Widerlagers 5 gestufte Ausnehmung umfasst, zwischen denen der Dichtring 4 und das Beaufschlagungselement 6 aufgenommen sind. Dadurch weist die Dichtungsanordnung D einen relativ geringen Außendurchmesser auf.
2 zeigt eine Detailansicht des Überlappungsbereichs 3 der 1 im kalten, insbesondere nicht durch Abgas erhitzten Zustand.
3 zeigt eine Detailansicht der 2, allerdings in einen durch Abgas erhitzten Zustand.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 2 und 3 das Wirkprinzip der Dichtungsanordnung D beschrieben.
Wie schon zuvor erwähnt, dienen die Abgasrohre 10 und 20 zum Führen heißer Abgase aus einem Verbrennungsmotor. Die erhitzten Abgase führen zu einer thermischen Ausdehnung der Abgasrohre 10 und 20, was in der Folge zu einer Relativbewegung des inneren Rohrendes 1 und des äußeren Rohrendes 2 führt. Die thermische Ausdehnung führt dazu, dass der Dichtring 4 und das Beaufschlagungselement 6 zueinander hin bewegt werden, wodurch der axiale Anpressdruck des Dichtrings 4 gegen die Fase 1.1 des inneren Rohrendes 1 verstärkt wird. Mit anderen Worten wird der Zwischenraum zwischen dem Widerlager 5 und dem Dichtring 4 verkleinert. Dadurch, dass die axiale Beaufschlagungswirkung des Dichtrings 4 erhöht wird, wird mittels des Fasenkontakts zugleich die radiale Beaufschlagungswirkung auf das äußere Rohrende 2 verstärkt. Der Dichtring 4 nutzt folglich die Temperaturdehnung der Abgasrohre 10 und 20 dazu, seine Dichtwirkung in axialer und radialer Richtung zu verstärken.
Wenn Abgas durch die Abgasrohre 10 und 20 strömt, führt das nicht nur dazu, dass die Abgasrohre 10 und 20 erwärmt und dadurch temperaturgedehnt werden, sondern darüber hinaus dazu, dass innerhalb der Abgasrohre 10 und 20 der Druck durch das Abgas steigt. Insbesondere wirkt der anstehende Druck im Abgaskrümmer auf die Kreisringfläche des Dichtrings 4. Die daraus resultierende Kraft versucht, den Dichtring 4 zu verschieben, so dass es zum Auflaufen des Dichtrings 4 an der Fase 1.1 des inneren Rohrendes 1 kommt. Die Dichtungsanordnung D ist folglich so ausgeführt, dass der Dichtring 4 dem Abgasdruck p innerhalb der Abgasrohre 10 und 20 ausgesetzt wird. Der Abgasdruck p führt dazu, dass der Dichtring 4 axial gegen die Fase 1.1 des inneren Rohrendes 1 gedrückt wird. Dadurch, dass die axiale Beaufschlagungswirkung des Dichtrings 4 erhöht wird, wird mittels des Fasenkontakts zugleich die radiale Beaufschlagungswirkung auf das äußere Rohrende 2 verstärkt. Die Dichtungsanordnung D macht sich somit nicht nur die Temperaturdehnung zu Nutze, sondern ebenso den Abgasdruck p, um die Dichtwirkung des Dichtrings 4 zu verstärken.
Die Dichtungsanordnung D ist folglich selbstverstärkend und längenausgleichend.
4 zeigt eine explosionsartige Perspektivansicht der Dichtungsanordnung D der 1 bis 3.
5 zeigt eine Schnittansicht eines Dichtrings 4 mit einer Innenfase 4.1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, während 6 ein Beaufschlagungselement 6 in Form einer Wellenfeder zeigt.
7 zeigt eine Schnittansicht einer Dichtungsanordnung D gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
7 zeigt ein sogenanntes mehrflutiges Rohrsystem mit zwei Dichtungsanordnungen D. 7 verdeutlicht einerseits, dass die Dichtungsanordnung D nicht nur für einflutige Rohrsysteme, wie z. B. in 1 gezeigt, einsetzbar ist, sondern auch für mehrflutige Rohrsysteme. Aus 7 wird ferner ersichtlich, dass die Abgasrohre 10 und 20 relativ lange, aber ebenso relativ kurze Rohrstücke umfassen können.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Darüber hinaus beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Merkmalen und Ansprüchen.
Bezugszeichenliste

1: Inneres Rohrende
2: Äußeres Rohrende
3: Überlappungsbereich
4: Dichtring
5: Widerlager
6: Beaufschlagungselement
1.1: Gegenfase
4.1: Fase
10: Erstes Rohrende
20: Zweites Rohrende
D: Dichtungsanordnung

Claims

Dichtungsanordnung (D), insbesondere selbstverstärkend und längenausgleichend, vorzugsweise für einen Abgastrakt eines Kraftfahrzeugs, mit: einem inneren Rohrende (1) eines Abgasrohrs (10) und einem äußeren Rohrende (2) eines Abgasrohrs (20), wobei sich das innere Rohrende (1) und das äußere Rohrende (2) in einem Überlappungsbereich (3) überlappen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dichtring (4) in dem Überlappungsbereich (3) zwischen dem inneren Rohrende (1) und dem äußeren Rohrende (2) angeordnet ist und eine Fase (4.1) zur Anlage an einer Gegenfase (1.1) aufweist.
Dichtungsanordnung (D) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenfase (1.1) an dem inneren Rohrende (1) ausgebildet ist.
Dichtungsanordnung (D) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fase (4.1) des Dichtrings (4) eine Innenfase ist und die Gegenfase (1.1) eine Außenfase ist.
Dichtungsanordnung (D) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des Dichtrings (4) ein Übermaß zum Innendurchmesser des äußeren Rohrendens (2) aufweist.
Dichtungsanordnung (D) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des Dichtrings (4) ein Übermaß zum Außendurchmesser des inneren Rohrendes (1) aufweist.
Dichtungsanordnung (D) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Überlappungsbereich (3) ein Beaufschlagungselement (6) angeordnet ist, um den Dichtring (4) gegen die Gegenfase (1.1) zu beaufschlagen.
Dichtungsanordnung (D) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Beaufschlagungselement (6) ein Federelement ist, vorzugsweise eine Wellenfeder ist.
Dichtungsanordnung (D) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Rohrende (2) ein Widerlager (5) für das Beaufschlagungselement (6) aufweist.
Dichtungsanordnung (D) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (4) mittels Abgasdruck (p) aus zumindest einem der Abgasrohre (10, 20) beaufschlagbar ist, so dass der Anpressdruck des Dichtelements (4) gegen die Gegenfase (1.1) verstärkt wird.
Dichtungsanordnung (D) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrenden (1, 2) mittels Temperaturdehnung zueinander hin bewegt werden, wenn erwärmtes Abgas durch die Abgasrohre (10, 20) strömt, wodurch der Dichtring (4) und das Beaufschlagungselement (6) zueinander hin bewegt werden, so dass der Anpressdruck des Dichtrings (4) gegen Gegenfase (1.1) verstärkt wird.
Dichtungsanordnung (D) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (4) ein in Form gepresstes Drahtgestrick oder Drahtgeflecht umfasst, vorzugsweise aus Edelstahl oder Messing und/oder versehen mit Graphit.
Dichtungsanordnung (D) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (4) aus einem elastischen Material gefertigt ist und/oder aus einem weicheren Material als das äußere Rohrende (2).
Dichtungsanordnung (D) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Überlappungsbereich (3) das innere Rohrende (1) eine mittels der Gegenfase (1.1) gefaste Ausnehmung aufweist und das äußere Rohrende (2) eine mittels des Widerlagers (5) gestufte Ausnehmung aufweist, zwischen denen der Dichtring (4) und das Beaufschlagungselement (6) aufgenommen sind.
Dichtungsanordnung (D) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (4) und das Beaufschlagungselement (6) vorverspannt montiert sind.
Abgastrakt für ein Kraftfahrzeug, mit einer Dichtungsanordnung (D) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abgasrohre (10, 20) zum Führen von Abgas aus einem Verbrennungsmotor dienen.