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Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement für doppelwandige Abgasleitungsabschnitte, wobei zwei aneinander angrenzende und miteinander verbundene Abgasleitungsabschnitte jeweils ein Innenrohr und ein konzentrisch das Innenrohr umgebendes Außenrohr aufweisen, und wobei das Verbindungselement in einem Verbindungsbereich der aneinander angrenzenden Abgasleitungsabschnitte an mindestens einem Außenrohr festgelegt ist und mindestens ein Innenrohr radial beabstandet zu den umgebenden Außenrohr anordnet. Die Erfindung betrifft auch ein Abgasleitungssystem mit mindestens zwei aneinander angrenzenden doppelwandigen Abgasleitungsabschnitten mit jeweils einem Innenrohr und mit einem das Innenrohr umgebenden Außenrohr, und mit einem in einem Verbindungsbereich der aneinander angrenzenden Abgasleitungsabschnitte angeordneten Verbindungselement.
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Bei modernen Luft-Abgas-Systemen werden die warmen Abgase und die kühle Zuluft einer Heizungsanlage durch zwei flächig verbundene, aber luftdicht getrennte Leitungen geführt, wobei den warmen Abgasen auf dem Weg von der Heizungsanlage nach draußen Restwärme entzogen wird, mit der die üblicherweise kühle Zuluft aus der Umgebung vorgewärmt wird, bevor sie der Heizungsanlage zugeführt wird. Die Abgasleitung kann dabei unmittelbar neben der Zuluftleitung angeordnet sein, wobei die Abgasleitung und die Zuluftleitung über einen gemeinsamen Leitungswandabschnitt voneinander getrennt sind, durch den hindurch ein Wärmeübertrag erfolgen kann. In der Praxis werden häufig doppelwandige Abgasleitungen verwendet, die als konzentrisches Rohr-in-Rohr-Systeme ausgebildet sind. Dabei werden die Abgase durch eine Innenrohrleitung von der Heizungsanlage zur Außenumgebung abgeleitet. Die Zuluft wird durch eine die Innenrohrleitung umgebende Außenrohrleitung zugeführt.
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Da bei derartigen doppelwandigen Abgasleitungssytemen die Abgase durch eine Innenrohrleitung von der Umgebung abgeschirmt sind ist es möglich, ein derartiges Abgasleitungssystem aus hohlen Kaminsteinen zusammenzusetzen, in denen eine Innenrohrleitung für die Abgase eingesetzt, beziehungsweise angeordnet ist. Die frische Zuluft strömt außerhalb von der Innenrohrleitung durch die hohlen Kaminsteine bis zu der Heizungsanlage. Da die Abgase in der Innenrohrleitung abgeführt werden und nicht mit den Kaminsteinen in Kontakt kommen, ist eine unerwünschte Versottung der Kaminsteine auch bei geringen Abgastemperaturen ausgeschlossen.
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In vielen Fällen wird es jedoch als zweckmäßig und vorteilhaft erachtet, dass die doppelwandige Abgasleitung eine Innenrohrleitung und eine die Innenrohrleitung konzentrisch umgebende Außenrohrleitung aufweisen, die jeweils aus einem geeigneten Kunststoffmaterial oder aus Metall hergestellt sind. Die Innenrohrleitung kann beispielsweise aus einem säurebeständigen und ausreichend temperaturbeständigen Kunststoff wie beispielsweise aus einem geeigneten Polypropylen oder Polytetrafluorethylen hergestellt sein. Es können auch Edelstahlrohre oder Rohre mit einer säurefesten Keramikbeschichtung verwendet werden. Die thermischen und säurebeständigen Anforderungen sind bei der Außenrohrleitung geringer, da keine Abgase durch die Außenrohrleitung strömen sollen. Die Außenrohrleitung kann aus dem gleichen Material wie die Innenrohrleitung hergestellt sein oder aber wegen der oftmals geringeren Anforderungen aus einem anderen, kostengünstigeren Material hergestellt sein.
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Üblicherweise wird ein Abgasleitungssystem durch eine Anzahl von doppelwandigen Abgasleitungsabschnitten zusammen gesetzt, wobei jeweils zwei aneinander angrenzende Abgasleitungsabschnitte so miteinander verbunden werden, dass ein Innenrohr eines ersten Abgasleitungsabschnitts mit einem angrenzenden Innenrohr eines zweiten Abgasleitungsabschnitts luftdicht verbunden wird, und ein Außenrohr des ersten Abgasleitungsabschnitts mit dem Außenrohr des angrenzenden zweiten Abgasleitungsabschnitts verbunden wird. Die Innenrohre sollen dabei möglichst mittig bzw. konzentrisch in den umgebenden Außenrohren angeordnet und gehalten werden. Zudem müssen insbesondere bei längeren und senkrecht angeordneten Abgasleitungen die Innenrohre der einzelnen Abgasleitungsabschnitte in axialer Richtung längs der Abgasleitung fixiert werden, um zu vermeiden, dass bei einer senkrechten Anordnung die Innenrohre in den umgebenden Außenrohren nach unten verrutschen können oder ausschließlich von unten mit erheblichem Aufwand abgestützt werden müssen.
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Aus diesem Grund werden üblicherweise Verbindungselemente zwischen zwei aneinander angrenzende Abgasleitungsabschnitte eingefügt, mit denen ein radialer Abstand eines Innenrohrs relativ zu einem umgebenden Außenrohr vorgegeben werden kann. Bei einer geeigneten Ausgestaltung kann ein derartiges Verbindungselement auch eine axiale Rückhaltekraft auf ein damit verbundenes Innenrohr ausüben und zumindest einen Teil der in axialer Richtung auf das Innenrohr einwirkenden Kräfte abtragen.
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Aus der Praxis sind Verbindungselemente bekannt, die aus einem mehrfach gebogenen oder abgekanteten Metalldraht bestehen, der mit dafür vorgesehenen Ausnehmungen und Ausformungen in einem Innenrohr und in einem umgebenden Außenrohr in Eingriff gebracht werden kann und das Innenrohr relativ zu dem Außenrohr fixiert. Derartige Verbindungselemente aus einem Draht weisen den Vorteil auf, dass sie lediglich einen geringen Strömungswiderstand für die durch das Außenrohr einströmende Zuluftströmung erzeugen. Sie erfordern jedoch einen hohen Montageaufwand vor Ort und können nur einen vergleichsweise geringen Anteil der axialen Kräfte abtragen, die auf das Innenrohr einwirken.
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Es sind auch Verbindungselemente bekannt, die flanschartig ausgestaltet sind und zwischen zwei aneinander angrenzende Abgasleitungsabschnitte eingesetzt werden. Derartige Verbindungselemente weisen üblicherweise zwei konzentrisch angeordnete und mit Stegen verbundene Verbindungsringe auf, die zwischen den aneinander angrenzenden Innenrohren und den aneinander angrenzenden Außenrohren angeordnet sind und den Übergang zwischen den aneinander angrenzenden Abgasleitungsabschnitten abdichten. Derartige Verbindungselemente weisen oftmals einen deutlich höheren Strömungswiderstand als Verbindungselemente aus Draht auf. Dafür kann die Montage möglicherweise einfacher durchgeführt werden und es können deutlich größere axiale Kräfte abgetragen werden. Viele derartige Verbindungselemente sind aufgrund der flanschartigen Ausgestaltung im montierten Zustand von außen sichtbar und stören den optischen Gesamteindruck einer mit solchen Verbindungselementen zusammengesetzten Abgasleitung.
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Es wird als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen, ein Verbindungselement für doppelwandige Abgasleitungsabschnitte so auszugestalten, dass zwei aneinander angrenzende Abgasleitungsabschnitte ohne großen Montageaufwand zuverlässig miteinander verbunden werden können. Das Verbindungselement soll bei einer bestimmungsgemäßen Montage nach Möglichkeit nicht mehr von außen sichtbar sein.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Verbindungselement einen hülsenförmigen Grundkörper mit radial nach außen abstehenden Abstandsfederelementen und mit mindestens einem in axialer Richtung abstehenden Innenrohrrastelement aufweist, wobei der hülsenförmige Grundkörper bei einer bestimmungsgemäßen Montage des Verbindungselements in einem Verbindungsbereich konzentrisch innerhalb eines Außenrohrs angeordnet und über die Abstandsfederelemente an dem Außenrohr festgelegt ist, und wobei der hülsenförmige Grundkörper ein Innenrohr umgibt und das mindestens eine Innenrohrrastelement mit einer Ausnehmung oder Ausformung des Innenrohrs in Eingriff ist, um das Innenrohr in axialer Richtung an dem Verbindungselement festzulegen. Der hülsenförmige Grundkörper des Verbindungselements ist dabei zweckmäßigerweise an die Abmessungen des Innenrohrs angepasst, das in dem hülsenförmigen Grundkörper angeordnet ist und von dem hülsenförmigen Grundkörper umgeben ist. Die axiale Ausrichtung des hülsenförmigen Grundkörpers ist identisch zu der axialen Ausrichtung des Innenrohrs. Der hülsenförmige Grundkörper kann in axialer Richtung eine Erstreckung über einige Zentimeter aufweisen und ermöglicht dadurch eine zuverlässige Aufnahme des Innenrohrs in den hülsenförmigen Grundkörper, wobei der hülsenförmige Grundkörper gleichzeitig eine dünne Wandstärke von beispielsweise nur ein bis zwei Millimetern aufweisen kann und dennoch eine ausreichende mechanische Festigkeit und Stabilität aufweist.
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Das erfindungsgemäße Verbindungselement eignet sich nicht nur zum Verbinden von geraden Abgasleitungsabschnitten, sondern auch zum Verbinden von gebogenen Abgasleitungsabschnitten oder von anderen Komponenten der Abgasleitung wie beispielsweise von Übergangsabschnitten mit einem sich verändernden Durchmesser der Abgasleitung oder von Klappenabschnitten oder Revisionselementabschnitten.
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Über die radial nach außen abstehenden Abstandsfederelemente wird der hülsenförmige Grundkörper in radialer Richtung in dem Außenrohr positionierend festgelegt. Die Abstandsfederelemente ermöglichen einen Ausgleich von fertigungstoleranzbedingten Unterschieden in den Abmessungen der einzelnen Komponenten und erleichtern die Montage des Verbindungselements in einem Außenrohr. Die Abstandsfederelemente sind zweckmäßigerweise so ausgebildet und ausgestattet, dass die Abstandsfederelemente in radialer Richtung ausreichend flexibel sind und eine Federwirkung aufweisen, um ein abstehendes Ende der Abstandsfederelemente an das umgebende Außenrohr andrücken zu können. Gleichzeitig sollen die Abstandsfederelemente in axialer Richtung möglichst steif ausgebildet sein, um große axiale Kräfte von dem Innenrohr auf das Außenrohr abtragen zu können.
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In vorteilhafter Weise weisen die Abstandsfederelemente an ihrem abstehenden Ende einen sich zum abstehenden Ende hin verjüngenden Endabschnitt auf. Der sich verjüngende Endabschnitt weist zweckmäßigerweise an einer dem mindestens einen Innenrohrrastelement zugewandten Seite eine bis zu dem abstehenden Ende schräg verlaufende Seitenkante des Abstandsfederelements auf. Wenn das Verbindungselement auf ein Außenrohr aufgesetzt und langsam aufgeschoben wird, gleiten die sich verjüngenden Endabschnitte an einer Stirnkante des Außenrohrs entlang und bewirken eine Verformung der Endabschnitte nach innen, bis das Verbindungselement mit den nach innen verformten Abstandsfederelementen in einen Kopfbereich des umgebenden Außenrohrs eingeschoben werden kann.
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Im Hinblick auf eine möglichst hohe Steifigkeit in axialer Richtung ist optional vorgesehen, dass die Abstandsfederelemente dünnwandige Verbindungstäbe sind, die sich in axialer Richtung über mindestens einen Abschnitt des hülsenförmigen Grundkörpers erstrecken. Dabei ist eine sich in axialer Richtung erstreckende Breite der Abstandfederelemente fünfmal größer als eine in Umfangsrichtung des Verbindungselements gemessene Dicke der Abstandsfederelemente. Vorzugsweise beträgt die Breite der Abstandsfederelemente mehr als das zehnfache und insbesondere mehr als das 15-fache der Dicke der Abstandsfederelemente. Ein derartig ausgebildetes Abstandsfederelement kann in radialer Richtung eine ausreichend große Federwirkung erzeugen, und ist gleichzeitig in axialer Richtung verformungssteif ausgebildet und ermöglicht das Abtragen großer axialer Kräfte von dem Innenrohr auf das umgebende Außenrohr.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass die Abstandsfederelemente in einem Winkel zwischen 0° und 90°, vorzugsweise in einem Winkel zwischen 0° und 70°, besonders vorzugweise in einem Winkel zwischen 0° und 45° zu einer in Umfangsrichtung des hülsenförmigen Grundkörpers an einer Außenwand anliegenden Tangente von dem hülsenförmigen Grundkörper abstehen. Ein rechtwinklig von dem hülsenförmigen Grundkörper abstehender Abschnitt eines Abstandsfederelements ist wenig geeignet, um eine in radialer Richtung wirkende Federkraft zu erzeugen. Um einen möglichst großen Bereich der Abstandsfederelemente für die Erzeugung einer in radialer Richtung gerichteten Federwirkung nutzen zu können ist es zweckmäßig, die einzelnen Abstandsfederelemente nicht rechtwinklig von dem hülsenförmigen Grundkörper abstehen zu lassen, sondern in einem vorzugsweise kleinen Winkel schräg aus dem hülsenförmigen Grundkörper heraus zu führen.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass eine radial nach außen verlaufende Mittenlinie der Abstandsfederelemente jeweils einen gekrümmten Verlauf aufweist. Die Abstandsfederelemente können beispielsweise einen halbkreisförmigen Verlauf der jeweiligen Mittenlinie aufweisen. Ein von dem hülsenförmigen Grundkörper abstehendes Ende eines Abstandsfederelements kann dann im Wesentlichen parallel zu einem zugeordneten Innenwandabschnitt des umgebenden Außenrohrs verlaufen. Durch den gekrümmten Verlauf des Abschnittsfederelements zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr kann in einfacher Weise eine große Federwirkung erzeugt werden und gleichzeitig eine vergleichsweise große Kontaktfläche zwischen einer Außenseite des Abschnittsfederelements und der zugeordneten Innenwandfläche des Außenrohrs gebildet werden.
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Um die Abstandsfederelemente an dem umgebenden Außenrohr formschlüssig festlegen zu können ist optional vorgesehen, dass mindestens zwei Abstandsfederelemente an einer nach außen gerichteten Außenseite des jeweiligen Abstandfederelements ein Eingriffselement aufweisen, um bei einer bestimmungsgemäßen Montage einen formschlüssigen Eingriff mit dem umgebenden Außenrohr zu bewirken. Das Eingriffselement kann eine in radialer Richtung nach außen gerichtete Ausformung an der nach außen gerichteten Außenseite des Abstandsfederelements sein, dass in eine daran angepasste Ausnehmung an der Innenwand des umgebenden Außenrohrs in Eingriff gebracht werden kann. Es können auch zwei oder mehr Eingriffselemente an der Außenseite eines einzelnen Abstandsfederelements sein. Vorzugsweise ist an jedem Abstandsfederelement jeweils an der nach außen gerichteten Außenseite mindestens ein Eingriffselement ausgebildet. Die Abstandsfederelemente sind zweckmäßigerweise möglichst gleichmäßig in Umfangsrichtung an dem hülsenförmigen Grundkörper verteilt angeordnet. Durch den formschlüssigen Eingriff an der Außenseite der Abstandsfederelemente kann das Verbindungselement in axialer Richtung an dem umgebenden Außenrohr festgelegt und fixiert werden. Wenn zusätzlich auch das Innenrohr an dem hülsenförmigen Grundkörper festgelegt werden kann, kann eine auf das Innenrohr ausgeübte axiale Kraft über das Verbindungselement auf das Außenrohr übertragen und dadurch abgetragen werden. Das Innenrohr kann auf diese Weise in axialer Richtung relativ zu dem Umgebenden Außenrohr fixiert werden.
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Um das Verbindungselement an einem Kopfende des Innenrohrs festlegen zu können ist zweckmäßigerweise optional vorgesehen, dass das mindestens eine Innenrohrrastelement ein in axialer Richtung abstehendes Zungenelement aufweist. Das Zungenelement kann vor einer Festlegung an dem Innenrohr zu einer in axialer Richtung verlaufenden Mittenachse des hülsenförmigen Grundkörpers hin gerichtet sein, sodass das Zungenelement bei dem Einführen eines Innenrohrs in den hülsenförmigen Grundkörper radial nach außen verbogen wird und eine radial nach innen gerichtete Klemmkraft erzeugt. Um das Innenrohr in axialer Richtung an dem hülsenförmigen Grundkörper festlegen und relativ dazu fixieren zu können ist optional vorgesehen, dass das abstehend Zungenelement an einem abstehenden Ende eine Verdickung oder einen in radialer Richtung gerichteten Zungenendabschnitt aufweist. Eine radial nach innen vorspringende Verdickung oder ein entsprechend gerichteter Zungenendabschnitt kann mit einer an einer Außenwand des Innenrohrs ausgebildeten Nut oder Sicke in Eingriff gebracht werden und das Innenrohr relativ zu dem Verbindungselement in axialer Richtung festlegen und fixieren.
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Um bei einer mechanischen Belastung der miteinander verbundenen Innenrohre und Außenrohre ein Verkippen der Innenrohre oder der Außenrohre zu vermeiden ist es gemäß einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens vorgesehen, dass das Verbindungselement mehrere Abstandsfederelemente und mehrere Innenrohrrastelemente aufweist, die jeweils in Umfangsrichtung gleichmäßig um einen Umfang des hülsenförmigen Grundkörpers verteilt angeordnet sind. Es hat sich gezeigt, dass bereits drei in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnete Abstandsfederelemente in vielen Fällen ausreichen, um die auftretenden Kräfte zuverlässig und gleichmäßig aufnehmen und abtragen zu können. Es können ebenfalls bereits drei Innenrohrrastelemente ausreichen, um das Innenrohr an dem hülsenförmigen Grundkörper zuverlässig zu verrasten. Wenn die Innenrohrrastelemente zungenförmig ausgebildet sind ist es zweckmäßig, dass ein einzelnes Innenrohrrastelement sich in Umfangsrichtung über einen nicht allzu großen Winkelbereich erstreckt, um bei einer kreissegmentförmigen Querschnittsfläche keinen zu großen Kreisbogen zu umspannen, der in radialer Richtung eine Versteifung bewirkt und eine verformende Verrastung des Innenrohrrastelements erschwert. Beispielsweise können in Umfangsrichtung fünf, sechs oder acht beziehungsweise noch mehr Innenrohrrastelemente in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet sein, um in axialer Richtung eine zuverlässige Festlegung des Innenrohrs an den hülsenförmigen Grundkörper zu ermöglichen und gleichzeitig eine ausreichende Verformbarkeit in radialer Richtung zu ermöglichen, die eine Montage des Verbindungselements auf dem Innenrohr erleichtert.
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Die Erfindung betrifft auch ein Abgasleitungssystem mit mindestens zwei aneinander angrenzenden doppelwandigen Abgasleitungsabschnitten mit jeweils einem Innenrohr und mit einem das Innenrohr umgebende Außenrohr, und mit einem in einem Verbindungsbereich der aneinander angrenzenden Abgasleitungsabschnitte angeordneten Verbindungselement. Die aus der Praxis bekannten Verbindungselemente sind oftmals aufwändig zu montieren und bewirken keine zuverlässige Festlegung des Innenrohrs an dem Außenrohr, beziehungsweise erlauben oftmals nur eine geringe Abtragung axialer Kräfte, die auf das von dem Außenrohr umgebende Innenrohr einwirken.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Verbindungselement ein erfindungsgemäßes Verbindungselement mit den vorrausgehend beschriebenen Merkmalen ist. Das erfindungsgemäße Verbindungselement kann sehr einfach montiert werden und bewährt eine zuverlässige Festlegung des Innenrohrs an dem umgebenden Außenrohr.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass ein Kopfabschnitt eines ersten Außenrohrs radial nach innen versetzt ausgebildet ist und von einem zugewandten Fußabschnitt eines zweiten Außenrohrs umgeben ist, der fluchtend zu einem mittleren Außenwandbereich des ersten Außenrohrs und des zweiten Außenrohrs ausgebildet ist. Durch den radial nach innen versetzten Kopfabschnitt kann ein erstes Außenrohr mit dem Kopfabschnitt in einen Fußabschnitt eines angrenzenden Außenrohrs eingeführt werden, der im Verhältnis zu einem mittleren Bereich des Außenrohrs weder radial nach außen noch radial nach innen versetzt ist. Die so miteinander verbundenen Außenrohre bilden an ihrer Außenseite eine im Wesentlichen ebene Mantelfläche mit einem gleichbleibenden Durchmesser. Die zusammengeschobenen Außenrohre weisen demzufolge keine Verdickung und keine flanschartigen Ausformungen in dem Verbindungsbereich von zwei aneinander angrenzenden Außenrohren auf. Das erfindungsgemäße Verbindungselement wird ausschließlich an einer Innenwand des Außenrohrs festgelegt und ist von außen nicht sichtbar. Zweckmäßigerweise weist das Außenrohr in dem radial nach innen versetzten Kopfabschnitt Ausformungen wie beispielsweise Bohrungen oder Ausstanzungen auf, in welche die nach außen gerichteten Eingriffselemente der Abstandsfederelemente des Erfindungsgemäßen Verbindungselements formflüssig eingreifen und das Verbindungselement rastend an dem Außenrohr festlegen können.
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Um eine möglichst luftdichte Abdichtung von zwei miteinander verbundenen Außenrohren zu ermöglichen ist optional vorgesehen, dass zwischen einem Außenwandabschnitt des Kopfabschnitts des ersten Außenrohrs und einem Innenwandabschnitt des Fußabschnitts des zweiten Außenrohrs mindestens einen in Umfangsrichtung laufendes Dichtungselement angeordnet ist. Das Dichtungselement kann wahlweise entweder an der Außenseite des Kopfabschnitts des ersten Außenrohrs angeordnet und zusammen mit dem ersten Außenrohr in den umgebenden Fußabschnitt des zweiten Außenrohrs eingeführt werden, oder aber an eine Innenseite des Fußabschnitts des zweiten Außenrohrs angeordnet sein und mit dem Fußabschnitt des zweiten Außenrohrs über den Kopfabschnitt des ersten Außenrohrs aufgeschoben werden. Das Dichtungselement kann beispielsweise ein in Umfangsrichtung umlaufend angeordneter Dichtungsring sein.
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In besonders vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass das Dichtungselement ein auf dem Außenwandabschnitt des Kopfabschnitts oder auf dem Innenwandabschnitt des Fußabschnitts festgelegter Dichtungsmaterialstreifen ist. Im Hinblick auf eine möglichst einfache und kostengünstige Herstellung ist es vorteilhaft, dass das Dichtungselement ein auf dem Außenwandabschnitt des Kopfabschnitts in Umfangsrichtung umlaufender ringförmiger Streifen aus einem geeigneten Dichtungsmaterial ist. Der ringförmige Streifen kann entweder auf einer im Wesentlichen ebenen Außenseite des Außenwandabschnitts aufgedruckt, angespritzt oder nachträglich angebracht sein, oder in einer Umfangsnut eingebettet sein und lediglich geringfügig über den äußeren Durchmesser des Außenwandabschnitts des Kopfabschnitts vorspringen. Es können auch sowohl an dem Außenwandabschnitt des Kopfabschnitts und an dem Innenwandabschnitt des Fußabschnitts in Umfangsrichtung umlaufende Dichtungselemente angeordnet sein. Zudem können auch in axialer Richtung beabstandet zueinander jeweils mehrere Dichtungselemente angeordnet sein.
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Zweckmäßigerweise sind gemäß einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens in dem Kopfabschnitt des ersten Außenrohrs in Umfangsrichtung mehrere an die Eingriffselemente der Abschnittsfederelemente des Verbindungselements angepasste Ausnehmungen oder Ausformungen ausgebildet. Es können beispielsweise mehrere durchgehende Bohrungen oder Ausnehmungen oder Ausstanzungen in dem Kopfabschnitt angeordnet sein. Da der Kopfabschnitt im Wesentlichen vollständig in den Fußabschnitt eines angrenzenden Außenrohrs eingeschoben wird, sind die Bohrungen oder Ausnehmungen in dem Kopfabschnitt nach einer bestimmungsgemäßen Montage des Abgasleitungssystems von außen nicht sichtbar.
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Um den hülsenförmigen Grundkörper des erfindungsgemäßen Verbindungselements möglichst zuverlässig an einem Innenrohr festlegen zu können ist gemäß einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens vorgesehen, dass ein Kopfabschnitt des ersten Innenrohrs zwei beabstandet zueinander angeordnete und radial nach außen vorspringende Ausformungen aufweist, zwischen denen der hülsenförmige Grundkörper des Verbindungselements angeordnet und in axialer Richtung an den vorspringenden Ausformungen anliegend festgelegt ist. Die beiden radial nach außen vorspringenden Ausformungen weisen zweckmäßigerweise einen Abstand zueinander auf, der einer axialen Länge des Verbindungselements von der Stirnseite des hülsenförmigen Grundkörpers bis zu dem abstehenden Ende des mindestens einen Innenrohrrastelements entspricht, sodass das Verbindungselement an den beiden radial nach außen vorspringenden Ausformungen jeweils anliegt und formschlüssig zwischen den beiden Ausformungen festgelegt ist. Die beiden Ausformungen weisen dabei einen unterschiedlichen Durchmesser auf, sodass der hülsenförmige Grundkörper über eine erste der beiden Ausformungen hinweggeschoben werden kann, bis der hülsenförmige Grundkörper mit seiner Stirnseite an der zweiten Ausformung anliegt, und das mindestens eine in axialer Richtung abstehende Innenrohrrastelement mit der ersten Ausformung in einen formschlüssigen Eingriff tritt und eine verrastende Festlegung des Innenrohrs an dem Verbindungselement bewirkt.
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Optional ist vorgesehen, dass die zwei nach außen vorspringenden Ausformungen jeweils durch in Umfangsrichtung umlaufende wulstförmige Außenwandabschnitte gebildet sind. Die wulstförmigen Außenwandabschnitte können nachträglich durch ein geeignetes Umformungsverfahren in ein zunächst als hohlzylindrisches Innenrohr mit einem gleichbleibenden Durchmesser und einer gleichbleibenden Wanddicke hergestellt werden.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert, die in der Zeichnung exemplarisch dargestellt sind. Es zeigt:
- 1 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Verbindungselement,
- 2 eine Seitenansicht des in 1 dargestellten Verbindungselements,
- 3 eine perspektivische Ansicht des in den 1 und 2 dargestellten Verbindungselements von schräg oben,
- 4 eine perspektivische Ansicht des in den 1 bis 3 dargestellten Verbindungselements von schräg unten,
- 5 eine Seitenansicht ein Innenrohr eines Abgasleitungsabschnitts mit einem daran festgelegten Verbindungselement,
- 6 ein Außenrohr eines Abgasleitungsabschnitts mit einem radial nach innen zurückgesetzten Kopfabschnitt und mit zwei ringförmig ausgebildeten Dichtungselementen,
- 7 eine Seitenansicht eines Verbindungsbereichs von zwei aneinander angrenzenden und miteinander verbundenen Abgasleitungsabschnitten einer Abgasleitung, und
- 8 eine Schnittansicht durch den in 7 dargestellten Verbindungsbereich längs einer Linie VIII-VIII in 7.
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In den 1 bis 4 ist eine exemplarische Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verbindungselements 1 in verschiedenen Ansichten dargestellt. Das Verbindungselement 1 weist einen hülsenförmigen Grundkörper 2 auf. An dem hülsenförmigen Grundkörper sind drei in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte Abstandsfederelemente 3 ausgebildet, die sich in radialer Richtung von dem hülsenförmigen Grundkörper nach außen erstrecken. An dem hülsenförmigen Grundkörper sind weiterhin insgesamt sechs in axialer Richtung abstehende Innenrohrrastelemente 4 ausgebildet. Mit den Innenrohrrastelementen 4 kann das Verbindungselement 1 an einem in den 1 bis 4 nicht dargestellten Kopfabschnitt eines Innenrohrs formschlüssig festgelegt werden. Mit den Abstandsfederelementen 3 kann das Verbindungselement 1 zusammen mit dem daran befestigten Innenrohr in einem in den 1 bis 4 ebenfalls nicht dargestellten Außenrohr so angeordnet werden, dass das Innenrohr einen allseitigen radialen Abstand zu dem umgebenden Außenrohr aufweist und dass das Verbindungselement über die Abstandsfederelemente 3 in Umfangsrichtung und in axialer Richtung an dem umgebenden Außenrohr formschlüssig festgelegt ist.
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Aus der in 1 dargestellten Draufsicht auf das Verbindungselement 1 wird deutlich, dass eine für einen Strömungswiderstand innerhalb des Außenrohrs relevante Querschnittsfläche des Verbindungselements 1 im Vergleich zu herkömmlichen Verbindungselementen klein ist und bei einer bestimmungsgemäßen Montage einen deutlich geringeren Strömungswiderstand für die durch das Außenrohr strömende Zuluft erzeugt.
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Die Abstandsfederelemente 3 weisen dünnwandige Verbindungsstege 5 auf, die sich in axialer Richtung über eine Verbindungssteglänge erstrecken, die vergleichbar groß wie die axiale Länge des hülsenförmigen Grundkörpers 2 ist. Die Abstandsfederelemente 3 sind in einem Abstand zu einer Stirnseite 6 des hülsenförmigen Grundkörpers 2 angeordnet und erstrecken sich bis in die an dem hülsenförmigen Grundkörper 2 ausgebildeten Innenrohrrastelemente 4, die sich in axialer Richtung von der Stirnseite 6 weg erstrecken.
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Das Verbindungselement 1 ist einstückig aus einem säurefesten Kunststoffmaterial hergestellt. Es ist ebenfalls möglich, das Verbindungselement 1 aus einem geeigneten Metall, beispielsweise aus Edelstahl herzustellen. Das für das Verbindungselement 1 verwendete Material sollte ausreichend formstabil sein, um insbesondere bei längeren senkrecht ausgerichteten Abgasleitungen mit einer Länge von mehreren Metern die auftretenden Kräfte von dem Innenrohr auf das Außenrohr abtragen zu können und eine mechanisch belastbare Festlegung des Innenrohrs in dem Außenrohr ermöglichen zu können. Gleichzeitig sollten zumindest die Abstandsfederelemente 3 ausreichend elastisch sein, um bei einer Montage radial nach innen verformt werden zu können, bis das Verbindungselement 1 in dem Innenrohr angeordnet ist, und um anschließend durch die Federwirkung das Innenrohr mit einem möglichst gleichmäßigen radialen Abstand innerhalb des umgebenden Außenrohrs festlegen zu können.
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In 1 ist für ein Abstandsfederelement 3 beispielhaft mit einer strichpunktierten Linie eine Mittenlinie 7 angedeutet, die sich in einer zu der axialen Richtung senkrechten Ebene radial nach außen erstreckt. Die Mittenlinie 7 weist einen in Wesentlichen gleichmäßig gekrümmten Verlauf auf, sodass der Verbindungssteg 5 quer zu der axialen Richtung einen näherungsweise halbkreisförmigen Verlauf aufweist. Der Verbindungssteg 5 weist in einem Übergangsbereich zu dem hülsenförmigen Grundkörper 2 einen kleinen Winkel α <= 10° zu einer an einer Außenwand 8 des hülsenförmigen Grundkörpers 2 anliegenden und mit einer doppelstrichpunktierten Linie 9 angedeuteten Tangente auf. Durch den gekrümmten Verlauf der Mittenlinie 7 und dem nahezu tangential zu der Außenwand 8 des hülsenförmigen Grundkörpers 2 ausgebildeten Übergangsbereich kann im Wesentlichen die gesamte Federwirkung genutzt werden.
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Die Abstandsfederelemente 3 weisen an ihrem abstehenden Ende 10 an deren radial nach außen zeigenden Außenseite 11 ein radial nach außen vorspringendes Eingriffselement 12 auf. Das Eingriffselement 12 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Ausformung mit einer kreisförmigen Grundfläche. Mit diesem Eingriffselement 12 kann jedes Abstandsfederelement 3 formschlüssig in eine daran angepasste Ausnehmung oder Bohrung in einem Kopfbereich des Außenrohrs eingreifen und das Verbindungselement 1 formschlüssig und damit drehfest und in axialer Richtung fixiert in dem Kopfbereich des Außenrohrs festgelegt werden.
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Die Abstandsfederelemente 3 weisen an ihrem abstehenden Ende 10 zudem einen sich zum abstehenden Ende hin verjüngenden Endbereich 31 auf. In dem sich verjüngenden Endbereich 31 weisen die Abstandsfederelemente 3 jeweils an einer den Innenrohrrastelementen 4 zugewandten Seite eine schräg verlaufende Seitenkante 32 auf. Der sich verjüngende Endbereich 31 mit der schräg verlaufenden Seitenkante 32 ist zur Veranschaulichung in den 2 und 4 gezeigt. Auch auf der gegenüberliegenden Seite kann eine schräg verlaufende Seitenkante 33 ausgebildet sein. Wenn das Verbindungselement 1 mit den Innenrohrrastelementen 4 voraus in ein Außenrohr 16 eingeführt wird, liegen zunächst die Abstandsfederelemente 3 in dem sich verjüngenden Endbereich 31 auf einer Stirnkante des Außenrohrs 16 auf. Sobald das Verbindungselement 1 mit etwas Druck weiter eingeführt wird, gleiten die Abstandsfederelemente 3 mit der schrägen Seitenkante 32 über die Stirnkante des Außenrohrs 16 und werden dadurch nach innen verformt, bis die Abstandsfederelemente 3 vollständig in das Außenrohr 16 eingeführt sind.
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Die Innenrohrrastelemente 4 sind zungenförmig ausgebildet und weisen an einem in axialer Richtung abstehenden Ende 13 eine radial nach innen gerichtete Abkantung 14 auf.
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In den 5 und 6 sind ein Innenrohr 15 und ein Außenrohr 16 einer in 7 lediglich ausschnittsweise in einem Verbindungsbereich dargestellten doppelwandigen Abgasleitung 17 dargestellt, wobei in den 5 und 6 verschiedene Montageschritte während der bestimmungsgemäßen Verbindung von zwei aneinander angrenzenden Abgasleitungsabschnitten 18, 19 mit einem in dem Verbindungsbereich angeordneten Verbindungselement 1 verdeutlichen.
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Das Innenrohr 15 weist in einem Kopfabschnitt 20 zwei in axialer Richtung beabstandet zueinander angeordnete, in Umfangsrichtung umlaufende und in radialer Richtung vorspringende Ausformungen 21, 22 auf, die jeweils als wulstförmige Außenwandabschnitte ausgebildet sind. Ein Abstand der beiden Ausformungen 21, 22 zueinander entspricht der axialen Länge des Verbindungselements 1 von der Stirnseite 6 bis zu den radial nach innen gerichteten Abkantungen 14 der Innenrohrrastelemente 4. Das erfindungsgemäße Verbindungselement 1 wird auf den Kopfabschnitt 20 des Innenrohrs 15 aufgeschoben und zwischen den beiden radial vorspringenden Ausformungen 21, 22 formschlüssig festgelegt, wie es in 5 dargestellt ist.
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Das Außenrohr 16 weist einen Kopfabschnitt 23 auf, in welchem eine Außenrohrwand 24 des Außenrohrs 16 radial nach innen versetzt angeordnet ist und einen geringeren Durchmesser als das Außenrohr 16 in dem restlichen Abschnitt 25 aufweist. Die Abmessungen und insbesondere der Durchmesser des Kopfabschnitts 23 des Außenrohrs 16 sind relativ zu den Abmessungen in dem restlichen Abschnitt 25 derart vorgegeben, dass der Kopfabschnitt 23 des Außenrohrs 16 in einen Fußabschnitt eines angrenzenden Außenrohrs des angrenzenden Abgasleitungsabschnitt 19 eingeschoben werden kann.
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In dem Kopfabschnitt 23 des Außenrohrs 16 sind in axialer Richtung beabstandet zueinander zwei ringförmige und in Umfangsrichtung umlaufende Dichtungselemente 26 angeordnet. Die Dichtungselemente 26 sind durch Aufdrucken oder Anspritzen eines Dichtungsmaterialstreifens 27 hergestellt worden. Die Dichtungselemente 26 können auch herkömmliche Dichtungsringe sein, die in daran angepasste Umfangsnuten eingesetzt sind.
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Zwischen den beiden Dichtungselementen 26 sind in dem Kopfabschnitt 23 des Außenrohrs 16 drei in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnete Ausnehmungen 28 ausgebildet. Die Formgebung der Ausnehmungen 28 ist an die Formgebung der radial vorspringenden Eingriffselemente 12 an den Abstandsfederelementen 3 des Verbindungselements 1 angepasst, sodass das Verbindungselement 1 in den Kopfabschnitt 23 des Außenrohrs 16 eingeführt und über die Eingriffselemente 12 formschlüssig mit dem umgebenden Außenrohr 16 in Eingriff gebracht werden kann. Dadurch wird das Verbindungselement 1 drehfest und in axialer Richtung fixiert in dem Kopfabschnitt 23 des Außenrohrs 16 festgelegt.
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Wenn ein derart vormontierter erster Abgasleitungsabschnitt 18 in einen Fußabschnitt 29 eines Außenrohrs 30 des angrenzenden zweiten Abgasleitungsabschnitts 19 eingeschoben wird, wie es in 7 dargestellt ist, wird mit Hilfe der Dichtungselemente 26 eine luftdichte Verbindung des nicht mehr sichtbaren Kopfabschnitts 23 des Außenrohrs 16 des ersten Abgasleitungsabschnitts 18 mit dem Fußabschnitt 29 des umgebenden Außenrohrs 30 des zweiten Abgasleitungsabschnitts 19 gebildet.
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Eine zwischen dem Außenrohr 16 und dem Innenrohr 15 in der doppelwandigen Abgasleitung 17 strömende Luftströmung wird aufgrund der geringen Querschnittsfläche des erfindungsgemäßen Verbindungselements 1 kaum beeinträchtigt. In 8 ist zur Verdeutlichung ein Querschnitt in dem Verbindungsbereich zwischen den miteinander verbundenen Abgasleitungsabschnitten 18 und 19 längs der Linie VIII-VIII in 7 dargestellt. Die Luftströmung wird im Wesentlichen nur durch die gekrümmt nach außen verlaufenden Abstandsfederelemente 3 geringfügig behindert. Im Vergleich mit herkömmlichen Verbindungselementen kann dadurch eine merkliche Verringerung des Strömungswiderstands bewirkt werden.
