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Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung für einen Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Derartige Verbindungsanordnungen können jeweilige Flanschelemente aufweisen und zum gasdichten Verbinden beispielsweise unterschiedlicher, abgasführender Komponenten verwendet werden.
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Aus der
DE 103 59 073 A1 ist ein Abgaskümmer bekannt, welcher einen gasführenden Körper und einen Flansch aufweist. Zwischen dem Gas führenden Körper und dem Flansch ist eine flächig ausgebildete Federdichtung angeordnet, durch welche temperaturbedingte Ausdehnungen des gasführenden Körpers erfolgen können, indem ein Gleiten des gasführenden Körpers auf der Federdichtung und relativ zu dem Flansch ermöglicht ist.
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Aus der
DE 100 01 287 A1 ist ein Abgaskrümmer mit einem Abgassammelgehäuse bekannt, welches mit einem ringförmig umlaufenden Bund versehen ist. Das Abgassammelgehäuse ist an dessen Bund mittels jeweiliger Schrauben gegenüber einem Flansch verspannbar, wobei zwischen dem Abgassammelgehäuse und dem Flansch durch Wärmeeinwirkung hervorgerufene Bewegungen ermöglicht sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbindungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welche temperaturbedingte Längenänderungen und verschleißarme Abdichtung vor einem etwaigen Abgasaustritt ermöglicht ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Verbindungsanordnung für einen Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung geht von einer Verbindungsanordnung für einen Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine, bei welcher ein Kanalflanschelement an einem Klemmbereich des Kanalflanschelements gegenüber einem Zylinderkopfflansch unter Ausübung einer Spannkraft gasdichtend verspannt ist, um Abgas zwischen jeweiligen Flanschöffnungen des Zylinderkopfflansches und des Kanalflanschelements auszutauschen, aus.
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Um eine Verbindungsanordnung für einen Abgastrakt der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welche temperaturbedingte Längenänderungen und eine verschleißarme Abdichtung vor einem etwaigen Abgasaustritt ermöglicht ist, ist erfindungsgemäß eine Gleitelement vorgesehen, welches das Kanalflanschelement wenigstens an dem Klemmbereich umgreift und unter dessen Vermittlung das Kanalflanschelement gegenüber dem Zylinderkopfflansch verspannt ist. Dies ist von Vorteil, da das Gleitelement ein verschleißarmes, relatives Gleiten und damit eine Relativbewegung zwischen dem Kanalflanschelement und dem Zylinderkopfflansch zum Ausgleichen von temperaturbedingten Längenänderungen ermöglicht. In vorteilhafter Weise kann dabei ein Gleitreibungskoeffizient zwischen dem Klemmbereich des Kanalflanschelements und dem Gleitelement kleiner sein, als ein Reibungskoeffizienten zwischen dem Klemmbereich und dem Zylinderkopfflansch. Gleichzeitig kann durch die Ausübung der Spannkraft und das dadurch bedingte Verspannen des Zylinderkopfflansches mit dem Klemmbereich eine zuverlässige Abdichtung gegenüber einem etwaigen Abgasaustritt erreicht werden. Das Gleitelement kann beispielsweise als bereichsweise verformtes Blechelement ausgebildet sein. Das Gleitelement ermöglicht auch eine verschleißarme Koppelung eines beispielsweise aus Aluminium gebildeten Zylinderkopfflansches mit einem aus Stahl gebildeten Kanalflanschelement, obwohl die Werkstoffe Stahl und Aluminium erhebliche Unterschiede hinsichtlich ihrer jeweiliger Längenausdehnungskoeffizienten aufweisen. Bekanntermaßen dehnt sich Aluminium deutlich stärker bei einer Temperaturerhöhung aus, als Stahl. Ein aus Aluminium gebildeter Zylinderkopfflansch wäre dementsprechend bei dessen direktem Kontakt mit einem aus Stahl gebildeten Kanalflanschelement bei häufigen Relativbewegungen - beispielsweise aufgrund von häufig auftretenden, temperaturbedingten Längenänderungen - zwischen diesen Komponenten zwar prinzipiell einem deutlich höheren Verschleiß unterworfen, als das Kanalflanschelement, jedoch kann mittels des Gleitelements ein übermäßiger Verschleiß des Zylinderkopfflansches und damit beispielsweise ein Entstehen etwaiger Gasundichtigkeiten unterbunden werden. Durch das Gleitelement kann somit ein direktes kontaktieren zwischen dem Kanalflanschelement (an dessen Klemmbereich) und dem Zylinderkopfflansch verhindert werden. Somit unterbindet das Gleitelement durch das Umgreifen des Klemmbereichs einen direkten Kontakt zwischen dem Klemmbereich und dem Zylinderkopfflansch.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Klemmbereich in einem Nutbereich des Zylinderkopfflansches angeordnet und dabei gegenüber jeweiligen, einander zugewandten Nutflächen des Nutbereichs verspannt ist. Dies ist von Vorteil, da der Klemmbereich somit durch den Nutbereich u-förmig umgriffen sein kann, wodurch eine besonders gasdichte Verspannung zwischen dem Klemmbereich und dem Zylinderkopfflansch ermöglicht ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Gleitelement jeweilige Kontaktflächen auf, welche einen spitzen Winkel miteinander einschließen und an welchen das Gleitelement mit dem Klemmbereich in Anlage ist. Dies ist von Vorteil, da das Gleitelement somit einen Verschleiß an beispielsweise einander abgewandten Klemmbereichsflächen, an welchen der Klemmbereich mit den Kontaktflächen des Gleitelement gleitend in Anlage sein kann, besonders weitgehend unterbinden kann. Durch das einschließen des Spitzenwinkels können die jeweiligen Kontaktflächen beispielsweise u-förmig oder v-förmig zusammenlaufen. Ein Gleitelement mit derart (in spitzem Winkel zusammenlaufenden Kontaktflächen) ist besonders einfach und aufwandsarm herstellbar.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung übt das Gleitelement eine Vorspannkraft auf den Zylinderkopfflansch aus. Dies ist von Vorteil, da das Gleitelement somit verliersicher an dem Zylinderkopfflansch vormontiert und ohne weitere Hilfsmittel unter der Vorspannkraft an dem Zylinderkopfflansch gehalten sein kann. Dies kann insgesamt die Herstellung der Verbindungsanordnung vereinfachen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigen:
- 1 eine Perspektivansicht auf einen Teilbereich einer Verbrennungskraftmaschine, wobei mittels einer für die Erfindung beispielhaften Ausführungsform einer Verbindungsanordnung ein Abgasturbolader unter Vermittlung eines Abgasrohres mit einem Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt ist;
- 2 eine weitere Perspektivansicht welche ein, an einem Zylinderkopfflansch des Zylinderkopfes vormontiertes Gleitelement der Verbindungsanordnung zeigt; und
- 3 eine Schnittdarstellung eines Teilbereichs der Verbindungsanordnung.
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In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den jeweils gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer Perspektivansicht einen Teilbereich eines Abgastraktes 12 einer vorliegend lediglich schematisch dargestellten Verbrennungskraftmaschine 50. An einem Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine 50 ist ein Abgasturbolader 28 unter Vermittlung eines Abgasrohres 24 und einer Verbindungsanordnung 10 gasdicht angekoppelt und mittels jeweiliger Schrauben 26 fixiert.
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Bei der Verbindungsanordnung 10 ist ein, im vorliegenden Ausführungsbeispiel formschlüssig mit dem Abgasrohr 24 gekoppeltes Kanalflanschelement 14 an einem Klemmbereich 16 des Kanalflanschelements 14 gegenüber einem Zylinderkopfflansch 30 unter Ausübung einer Spannkraft F gasdichtend verspannt, um Abgas zwischen jeweiligen Flanschöffnungen 18, 38 des Zylinderkopfflansches 30 und des Kanalflanschelements 14 auszutauschen, wie insbesondere aus 3 hervorgeht. Als Folge von jeweiligen, temperaturbedingten Längenänderungen, beispielsweise aufgrund von intermittierender Durchströmung des Abgastraktes 12 mit heißem Abgas bei verschiedenen motorischen Betriebspunkten kann es zu Relativbewegungen zwischen dem Kanalflanschelement 14 bzw. dessen Klemmbereich 16 und dem Zylinderkopfflansch 30 kommen.
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Um etwaige Verschleißerscheinungen auch bei unterschiedlichen Werkstoffpaarungen, also beispielsweise bei einem aus Aluminium gebildeten Zylinderkopfflansch 30 und einem aus Stahl gebildeten Kanalflanschelement 14, zu verringern und werkstoff- und temperaturbedingte Längenänderungen unter Aufrechterhaltung einer ausreichenden Dichtwirkung zu ermöglichen, ist ein Gleitelement 40 vorgesehen. Das Gleitelement 40 umgreift hierzu das Kanalflanschelement 14 wenigstens an dem Klemmbereich 16, wobei unter das Kanalflanschelement 14 unter Vermittlung des Gleitelements 40 gegenüber dem Zylinderkopfflansch 30 verspannt ist. Mittels des Gleitelements 40 kann das Kanalflanschelement 14 dabei allgemein kontaktfrei zu dem Zylinderkopfflansch 30 gehalten sein. Mit anderen Worten kann das Kanalflanschelement 14 allgemein mittels des Gleitelements 40 von dem Zylinderkopfflansch 30 beanstandet sein.
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Der Klemmbereich 16 kann, wie in 3 gezeigt ist, in einem Nutbereich 32 des Zylinderkopfflansches 30 angeordnet und dabei gegenüber jeweiligen, einander zugewandten Nutflächen 34, 36 des Nutbereichs 32 verspannt sein. Vorliegend weist das Gleitelement 40 jeweilige Kontaktflächen 42, 44 auf, welche einen spitzen Winkel α miteinander einschließen und an welchen das Gleitelement 40 mit dem Klemmbereich 16 in Anlage ist.
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2 zeigt in einer Perspektivansicht das Gleitelement 40 in dessen, an dem Zylinderkopfflansch 30 vormontierten Zustand, in welchem das Gleitelement 40 eine Vorspannkraft V auf den Zylinderkopfflansch 30 ausübt.
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Zusammenfassend ermöglicht das Gleitelement 40 ein Bereitstellen einer effektiven Gleitfunktion zwischen miteinander zu verspannenden Bauteilen (hier: Verspannung zwischen Kanalflanschelement 14 und Zylinderkopfflansch 30). Die Verbindungsanordnung 10 ermöglicht eine einfache Montage sowie eine zuverlässige Abdichtung zwischen einem, dem Zylinderkopfflansch 30 zugeordneten, „heißen Bereich“ des Abgastraktes 12 und einem, dem Kanalflanschelement 14 zugeordneten, und beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 50 im Vergleich dazu „kalten Bereich“ des Abgastraktes 12.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbindungsanordnung
- 12
- Abgastrakt
- 14
- Kanalflanschelement
- 16
- Klemmbereich
- 18
- Flanschöffnung
- 24
- Abgasrohr
- 26
- Schraube
- 28
- Abgasturbolader
- 30
- Zylinderkopfflansch
- 32
- Nutbereich
- 34
- Nutfläche
- 36
- Nutfläche
- 38
- Flanschöffnung
- 40
- Gleitelement
- 42
- Kontaktfläche
- 44
- Kontaktfläche
- 50
- Verbrennungskraftmaschine
- F
- Spannkraft
- V
- Vorspannkraft
- α
- Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10359073 A1 [0003]
- DE 10001287 A1 [0004]
