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Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung eines ersten Abgasführungselements an einem zweiten Abgasführungselement für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Verbindungsanordnung eines von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, durchströmbaren ersten Abgasführungselements an einem von dem Abgas aus dem ersten Abgasführungselement durchströmbaren zweiten Abgasführungselement ist beispielsweise bereits der
DE 101 57 131 A1 als bekannt zu entnehmen. Bei der Verbindungsanordnung ist ein von dem Abgas durchströmbarer Endbereich des ersten Abgasführungselements relativ zu dem zweiten Abgasführungselement längsverschiebbar. Dabei ist ein Faltenbalg zum Abdichten der Abgasführungselemente vorgesehen, wobei der Faltenbalg an seinen jeweiligen Enden beziehungsweise über seine jeweiligen Enden mit den Abgasführungselementen verbunden ist. Hierdurch ist der Faltenbalg bei relativ zu dem zweiten Abgasführungselement entlang einer Verschieberichtung erfolgenden Verschiebungen des Endbereichs entlang der Verschieberichtung längenveränderbar.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbindungsanordnung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die Abgasführungselemente auf besonders bauraumgünstige Weise abgedichtet werden können.
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Diese Aufgabe wird durch eine Verbindungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Verbindungsanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass die Abgasführungselemente auf besonders bauraumgünstige Weise abgedichtet werden können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das eine Ende des Faltenbalgs, welcher an seinem einen Ende mit dem zweiten Abgasführungselement verbunden ist, in Strömungsrichtung des den Endbereich durchströmenden und dadurch aus dem ersten Abgasführungselement ausströmenden und in das zweite Abgasführungselement einströmenden Abgases stromauf des anderen Endes des Faltenbalgs ist, welcher an seinem anderen Ende mit dem ersten Abgasführungselement verbunden ist. Hierdurch kann der Bauraumbedarf der Verbindungsanordnung, insbesondere entlang der Verschieberichtung, besonders gering gehalten werden. Gleichzeitig können die Abgasführungselemente zueinander und/oder gegen ihre Umgebung vorteilhaft abgedichtet werden, sodass unerwünschte Strömungen, insbesondere Leckageströmungen, des Abgases sicher vermieden werden können. Darüber hinaus lässt die Verbindungsanordnung eine entlang der Verschieberichtung erfolgende Relativverschiebung zwischen dem Endbereich und dem zweiten Abgasführungselement zu, wobei diese Verschiebung beziehungsweise Verschiebbarkeit durch den Einsatz des Faltenbalgs gasdicht ist. Dadurch können mittels der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung herkömmlicherweise vorgesehene gasundichte Schiebesitze ersetzt und durch eine gasdichte Verschiebung beziehungsweise Schiebbarkeit ersetzt werden.
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Da der Faltenbalg zum Abdichten der Abgasführungselemente an seinen Enden beziehungsweise über seine Enden mit den Abgasführungselementen verbunden ist, führt der Faltenbalg entlang der Verschieberichtung erfolgende Relativverschiebungen zwischen den Endbereichen und dem zweiten Abgasführungselement mit aus, insbesondere derart, dass sich der Faltenbalg entlang der Verschieberichtung längt beziehungsweise verkürzt. Mit anderen Worten erfährt der Faltenbalg infolge der entlang der Verschieberichtung erfolgenden Relativverschiebungen zwischen dem Endbereich und dem zweiten Abgasführungselement Längenveränderungen entlang der Verschieberichtung, wodurch die Relativverschiebungen zwischen dem Endbereich und dem zweiten Abgasführungselement durch den Faltenbalg ausgeglichen werden. Dadurch kann trotz dieser Relativverschiebungen eine hinreichende Dichtheit der Abgasführungselemente gewährleistet werden. Der Faltenbalg ist somit ein gasdichtet, das heißt für das Abgas dichtes Ausgleichselement, mittels welchem die Abgasführungselemente gasdicht miteinander verbunden werden können, wobei gleichzeitig eine Relativverschiebung zwischen den Abgasführungselementen gewährleistet werden kann.
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Da der Faltenbalg Relativverschiebungen zwischen den Abgasführungselementen zulässt und diese mit ausführt, können übermäßige Verspannungen beziehungsweise Belastungen der Abgasführungselemente vermieden werden, sodass beispielsweise auch Risse aufgrund von thermischen Ausdehnungen der Abgasführungselemente vermieden werden können. Die Relativverschiebungen zwischen den Abgasführungselementen resultieren beispielsweise aus thermisch bedingten Verformungen beziehungsweise Bewegungen der Abgasführungselemente relativ zueinander, wobei daraus resultierende übermäßige Belastungen der Abgasführungselemente sicher vermieden werden können. Außerdem kann die Belastung durch thermomechanische Ermüdung reduziert werden. Des Weiteren können Gasundichtigkeiten vermieden werden.
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Insbesondere ermöglicht es die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung, einen Schiebesitz zwischen dem Endbereich und dem zweiten Abgasführungselement zu realisieren, wobei bei dem Schiebesitz der Endbereich beispielsweise in dem zweiten Abgasführungselement aufgenommen beziehungsweise in das zweite Abgasführungselement eingesteckt ist. Bei dem Schiebesitz kann sich der Endbereich entlang der Verschieberichtung relativ zu dem zweiten Abgasführungselement verschieben. Durch den Einsatz des Faltenbalgs kann dieser Schiebesitz zu einem gasdichten Schiebesitz weitergebildet werden, wobei der Bauraumbedarf besonders gering gehalten werden kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele 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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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform; und
- 2 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht der Verbindungsanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Schnittansicht eine erste Ausführungsform einer Verbindungsanordnung 10 eines einfach auch als Krümmer bezeichneten Abgaskrümmers 12 an einem Turbinengehäuse 14 einer Turbine. Der Abgaskrümmer 12 und das Turbinengehäuse 14 sind Bestandteile einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, welches beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet sein kann. Das Kraftfahrzeug ist dabei mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbar. In ihrem befeuerten Betrieb stellt die Verbrennungskraftmaschine Abgas bereit, welches durch den Abgaskrümmer 12 und das Turbinengehäuse 14 hindurchströmen kann. Das Turbinengehäuse 14 ist Bestandteil einer Turbine eines Abgasturboladers, wobei in dem Turbinengehäuse 14 ein in den Fig. nicht erkennbares Turbinenrad drehbar aufgenommen ist. Mittels des Abgasturboladers kann die Verbrennungskraftmaschine mit verdichteter Luft versorgt werden.
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Bei der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform ist der Abgaskrümmer 12 als luftspaltisolierter Krümmer (LSI-Krümmer) ausgebildet. Hierzu weist der Abgaskrümmer 12 ein auch als Innenschale bezeichnetes Innenrohr 16 auf, welches von dem Abgas durchströmbar ist. Außerdem umfasst der Abgaskrümmer 12 ein auch als Außenschale bezeichnetes Außenrohr 18, welches zumindest einen Teilbereich des Innenrohrs 16 umgibt und unter Bildung eines zwischen dem Innenrohr 16 und dem Außenrohr 18 angeordneten Luftspalts 20 von dem Innenrohr 16 beabstandet ist. In dem Luftspalt 20 ist Luft aufgenommen beziehungsweise der Luftspalt 20 ist von Luft durchströmbar. Da das Außenrohr 18 das Innenrohr 16 umgibt, ist auch das Außenrohr 18 von dem den Abgaskrümmer 12 durchströmenden Abgas durchströmbar, mit dem Unterschied, dass das den Abgaskrümmer 12 durchströmende Abgas das Innenrohr 16 direkt anströmt und somit direkt berührt. Da das Außenrohr 18 das Innenrohr 16 umgibt, kann das das Innenrohr 16 durchströmende Abgas das Außenrohr 18 nicht direkt anströmen und somit nicht direkt berühren.
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Aus 1 ist erkennbar, dass der Abgaskrümmer 12, insbesondere das Innenrohr 16, Abgaskanäle 22 aufweist beziehungsweise bildet, welche von dem Abgas durchströmbar sind. Insgesamt ist erkennbar, dass das Innenrohr 16 und das Außenrohr 18 sowie der Abgaskrümmer 12 insgesamt Abgasführungselemente sind, die von dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmt werden beziehungsweise durchströmbar sind.
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Auch das Turbinengehäuse 14 ist ein Abgasführungselement, da das den Abgaskrümmer 12 durchströmende Abgas aus dem Abgaskrümmer 12 aus- und in das Turbinengehäuse 14 einströmt. Hierzu weist das Turbinengehäuse 14 zwei Abgaskanäle 24 auf, welche von dem Abgas aus den Abgaskanälen 22 durchströmbar sind. Somit ist das Turbinengehäuse 14 von dem Abgas aus dem Abgaskrümmer 12 durchströmbar. Dies bedeutet, dass das den Abgaskrümmer 12 durchströmende Abgas zunächst den Abgaskrümmer 12 durchströmt und dann aus dem Abgaskrümmer 12 aus- und in das Turbinengehäuse 14 einströmt. Das Turbinengehäuse 14 ist somit in Strömungsrichtung des Abgases stromab des Abgaskrümmers 12 angeordnet. Dabei ist ein erster der Abgaskanäle 22 fluidisch mit einem ersten der Abgaskanäle 24 verbunden, und der zweite Abgaskanal 22 ist fluidisch mit dem zweiten Abgaskanal 24 verbunden. Die Abgaskanäle 24 sind Fluten oder münden in Fluten des Turbinengehäuses 14, wobei die jeweilige Flut als Spiralkanal ausgebildet sein kann. Mittels der Abgaskanäle 24 und somit mittels des Turbinengehäuses 14 wird das das Turbinengehäuse 14 durchströmende Abgas zu dem Turbinenrad geführt.
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Bei der Verbindungsanordnung 10 sind jeweilige Endbereiche 26 des Abgaskrümmers 12, insbesondere des Innenrohrs 16, relativ zu dem Turbinengehäuse 14 und relativ zu dem Außenrohr 18 entlang einer in 1 durch Pfeile 28 veranschaulichten Verschieberichtung längsverschiebbar, wobei die von dem Abgas entlang einer durch die Pfeile 28 veranschaulichten Strömungsrichtung durchströmbaren Endbereiche 26 längsverschiebbar in dem Turbinengehäuse 14, insbesondere in den Abgaskanälen 24, aufgenommen sind. Aus 1 ist erkennbar, dass die Endbereiche 26 in die Abgaskanäle 24 und somit in das Turbinengehäuse 14 eingesteckt sind, insbesondere unter Ausbildung eines Schiebesitzes. Der Schiebesitz lässt thermisch bedingte und entlang der Verschieberichtung erfolgende Relativverschiebungen zwischen den Endbereichen 26 und dem Turbinengehäuse 14 sowie zwischen den Endbereichen 26 und dem Außenrohr 18 zu.
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Des Weiteren ist ein vorzugsweise einstückig ausgebildeter und gasdichter, das heißt für das Abgas dichter Faltenbalg 30 zum Abdichten der jeweiligen Abgasführungselemente zueinander und/oder gegen ihre Umgebung 32 vorgesehen. Der Faltenbalg 30 ist beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff gebildet und dient beispielsweise als Trenn- oder Dichtblech, um den Schiebesitz zu einem gasdichten Schiebesitz weiterzubilden. Dadurch kann eine gasdichte Verschiebung beziehungsweise Verschiebbarkeit der jeweiligen Abgasführungselemente relativ zueinander gewährleistet werden.
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Der Faltenbalg 30 ist dabei an seinen Enden 34 und 36 beziehungsweise über seine Enden 34 und 36 mit den Abgasführungselementen verbunden. Hierdurch ist der Faltenbalg 30 bei den entlang der Verschieberichtungen erfolgenden Relativverschiebungen zwischen den Endbereichen 26 und dem Turbinengehäuse 14 beziehungsweise zwischen den Endbereichen 26 und dem Außenrohr 18 längenveränderbar. Dehnt sich beispielsweise das Innenrohr 16 thermisch bedingt aus, so können sich die Endbereiche 26 weiter in das Turbinengehäuse 14 hinein verschieben, wodurch es zu einer entlang der Verschieberichtung erfolgenden Relativverschiebung zwischen den Endbereichen 26 und dem Turbinengehäuse 14 sowie zwischen den Endbereichen 26 und dem Außenrohr 18 kommt. Dadurch kommt es zu einer Längenvergrößerung des Faltenbalgs 30 entlang der Verschieberichtung. Kühlt danach beispielsweise das Innenrohr 16 wieder ab, so ziehen sich die Endbereiche 26 wieder ein Stück zurück, sodass sich der Faltenbalg 30 entlang der Verschieberichtung verkürzt, das heißt dass es zu einer Längenverkürzung des Faltenbalgs 30 entlang der Verschieberichtung kommt.
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Um nun den Bauraumbedarf der Verbindungsanordnung 10, insbesondere entlang der Verschieberichtung, besonders gering halten zu können, ist das eine Ende 34, an welchem der Faltenbalg 30 mit dem Turbinengehäuse 14 und mit dem Außenrohr 18 verbunden ist, in Strömungsrichtung des den jeweiligen Endbereich 26 durchströmenden und dadurch aus dem Abgaskrümmer 12 ausströmenden und in das Turbinengehäuse 14 einströmenden Abgases stromauf des anderen Endes 36 angeordnet, an welchem der Faltenbalg 30 mit dem Innenrohr 16 verbunden ist. Dabei umgreift ein mit dem einen Ende 34, insbesondere gasdicht, verbundenes und an dem Turbinengehäuse 14 sowie an dem Außenrohr 18 vorgesehener Verbindungsbereich 38 den Faltenbalg 30 und das andere Ende 36, wodurch der Verbindungsbereich 38 den Faltenbalg 30 und das Ende 36 in eine senkrecht zur Verschieberichtung verlaufende und von dem Faltenbalg 30 und von dem Innenrohr 16 weg weisende Richtung zumindest teilweise, insbesondere vollständig, überdeckt. Der Verbindungsbereich 38 ist beispielsweise durch das Außenrohr 18 gebildet, welches über den Verbindungsbereich 38 mit dem Turbinengehäuse 14, insbesondere gasdicht, verbunden ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Verbindungsbereich 38 durch das Turbinengehäuse 14 oder aber durch ein Verbindungselement 40 gebildet sein, welches beispielsweise separat von dem Turbinengehäuse 14 und separat von dem Außenrohr 18 ausgebildet und, insbesondere gasdicht, mit dem Turbinengehäuse 14 und mit dem Außenrohr 18 verbunden ist. Hierdurch ist beispielsweise der Luftspalt 20 als ein erster gasdichter Raum vorgesehen, und beispielsweise ist ein zweiter gasdichter Raum 42 vorgesehen. Der gasdichte Raum 42 ist beispielsweise zumindest teilweise durch den Verbindungsbereich 38 und teilweise durch den Faltenbalg 30 gebildet. Unter den gasdichten Räumen ist zu verstehen, dass die gasdichten Räume durch den für das Abgas dichten Faltenbalg 30 voneinander getrennt sind. Hierzu ist der separat von dem Außenrohr 18 ausgebildete Faltenbalg 30 an seinem Ende 34 gasdicht mit dem Außenrohr 18 verbunden. Dadurch kann keine Luft aus dem Luftspalt 20 in den Raum 42 einströmen und es kann kein Abgas aus dem Raum 42 in den Luftspalt 20 einströmen. Gleichzeitig ist eine Verschiebung des Innenrohrs 16 in das Turbinengehäuse 14 beziehungsweise in Richtung des Turbinengehäuses 14 möglich. Der Faltenbalg 30 erlaubt dabei entlang der Verschieberichtung erfolgende Relativverschiebungen zwischen dem Innenrohr 16 und dem Turbinengehäuse 14 sowie zwischen dem Innenrohr 16 und dem Außenrohr 18 in beide Richtungen, das heißt in eine mit der Verschieberichtung zusammenfallende erste Richtung und in eine mit der Verschieberichtung zusammenfallende und der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung. Diese Richtungen sind durch die Doppelpfeile 28 veranschaulicht.
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Insgesamt ist erkennbar, dass die Verbindungsanordnung 10 eine Verschiebung von abgasführenden Rohren relativ zueinander insbesondere in Richtung des Turbinengehäuses 14 und zurück ermöglicht. Hierdurch können die mechanischen Belastungen gering gehalten werden, wodurch Rissbildung vermieden werden kann. Die Verbindungsanordnung 10 ermöglicht eine einteilige Gasführung, sodass beispielsweise Schiebesitze in gasführenden Rohren beziehungsweise im Turbinengehäuse vermieden werden können. Dadurch ist eine Kühlung von Abgasrohren möglich. Außerdem gewährleistet der Faltenbalg 30 auf bauraumgünstige Weise eine vorteilhafte Dichtheit der Verbindungsanordnung 10, wodurch eine besonders vorteilhafte Stoßaufladung, insbesondere mittels des Abgasturboladers, realisiert werden kann. Bei der ersten Ausführungsform sind das Innenrohr 16 und das Außenrohr 18 beispielsweise Blechteile beziehungsweise als Blechteile ausgebildet.
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2 zeigt eine weite Ausführungsform der Verbindungsanordnung 10. Bei der zweiten Ausführungsform ist der Abgaskrümmer 12 beispielsweise als ein Gussteil und somit als ein sogenannter Gusskrümmer ausgebildet. Bei der zweiten Ausführungsform ist der Faltenbalg 30 an seinem einen Ende 34, insbesondere gasdicht, mit dem Turbinengehäuse 14 verbunden. Ferner ist der Faltenbalg 30 an seinem anderen Ende 36, insbesondere gasdicht, mit dem Abgaskrümmer 12 verbunden. Dabei ist das eine Ende 34 in Strömungsrichtung des den jeweiligen Endbereich 26 durchströmenden Abgases stromauf des einen Endes 36 angeordnet. Der Verbindungsbereich 38 ist dabei gasdicht mit dem Faltenbalg 30, insbesondere mit dem einen Ende 34, und gasdicht mit dem Turbinengehäuse 14 verbunden. Beispielsweise ist der Verbindungsbereich 38 bei der zweiten Ausführungsform durch ein Verbindungselement 44 gebildet, welches separat von dem Turbinengehäuse 14 und separat von dem Abgaskrümmer 12 ausgebildet und gasdicht mit dem Turbinengehäuse 14 und gasdicht mit dem Faltenbalg 30 verbunden ist. Insbesondere ist das Verbindungselement 44 separat von dem Faltenbalg ausgebildet und, insbesondere gasdicht, mit dem Faltenbalg 30 verbunden.
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Bei der ersten Ausführungsform und bei der zweiten Ausführungsform ist ein separat von dem Faltenbalg 30 und separat von dem Abgaskrümmer 12 beziehungsweise von dem Innenrohr 16 ausgebildetes Verbindungselement 46 vorgesehen, welches, insbesondere gasdicht, mit dem Faltenbalg 30 an dessen Ende 36 und, insbesondere gasdicht, mit dem Abgaskrümmer 12 beziehungsweise mit dem Innenrohr 16 verbunden ist.
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Wie aus 1 und 2 erkennbar ist, umgreift der Verbindungsbereich 38 beziehungsweise das Verbindungselement 44 den Faltenbalg 30 vollständig und auch das Ende 36 vollständig, sodass der Faltenbalg 30 und das Ende 36 jeweils vollständig in eine senkrechte Verschieberichtung verlaufende und von dem Abgaskrümmer 12 beziehungsweise von dem Innenrohr 16 und von dem Faltenbalg 30 weg weisende Richtung durch den Verbindungsbereich 38, insbesondere durch das Verbindungselement 44, überdeckt sind. Außerdem ist der komplette Faltenbalg 30 von dem Innenrohr 16 beziehungsweise von dem Abgaskrümmer 12 entlang der Verschieberichtung durchdrungen. Dabei ist der Faltenbalg 30 bezogen auf das Turbinengehäuse 14 und den Abgaskrümmer 12 beziehungsweise das Innenrohr 16 ausschließlich auf dem Abgaskrümmer 12 beziehungsweise dem Innenrohr 16 angeordnet, sodass der Faltenbalg 30 ausschließlich den Abgaskrümmer 12 beziehungsweise das Innenrohr 16 und nicht etwa auch das Turbinengehäuse 14 umgibt.
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Bei der zweiten Ausführungsform können der Abgaskrümmer 12 und das Turbinengehäuse 14 gegen ihre Umgebung 32 mittels des Faltenbalgs 30 abgedichtet werden, wobei gleichzeitig eine Verschiebung der heißen Enden 36 relativ zu dem Turbinengehäuse 14 entlang der Verschieberichtung zugelassen wird. Da bei den Ausführungsformen das Ende 34 stromauf des Endes 36 angeordnet ist, kann der Bauraumbedarf der Verbindungsanordnung 10 insbesondere entlang der Verschieberichtung besonders gering gehalten werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbindungsanordnung
- 12
- Abgaskrümmer
- 14
- Turbinengehäuse
- 16
- Innenrohr
- 18
- Außenrohr
- 20
- Luftspalt
- 22
- Abgaskanal
- 24
- Abgaskanal
- 26
- Endbereich
- 28
- Doppelpfeil
- 30
- Faltenbalg
- 32
- Umgebung
- 34
- Ende
- 36
- Ende
- 38
- Verbindungsbereich
- 40
- Verbindungselement
- 42
- Raum
- 44
- Verbindungselemente
- 46
- Verbindungselement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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