DE10228485A1

DE10228485A1 - Rohranordnung

Info

Publication number: DE10228485A1
Application number: DE2002128485
Authority: DE
Inventors: Winfried Wilhelm; Joachim Dr. Braun
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Exhaust Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2022-06-27
Also published as: DE10228485B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rohranordnung (1) zum Zusammenführen mehrerer Einzelrohre (2) zu einem Sammelrohr (3), insbesondere im Abgastrakt einer Brennkraftmaschine. Die Rohranordnung (1) besitzt einen Adapter (4) mit mehreren Anschlußstutzen (8), in die jeweils eines der Einzelrohre (2) eingesteckt und damit verschweißt ist. Der Adapter (4) weist außerdem einen Kragen (10) auf, in dem das Sammelrohr (3) eingesteckt und damit verschweißt ist. Die Querschnitte der Austrittsenden (7) der Einzelrohre (2) und das Eintrittsende (11) des Sammelrohrs (3) sind dabei rund ausgebildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rohranordnung, insbesondere im Abgastrakt einer Brennkraftmaschine, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Der Abgastrakt einer Brennkraftmaschine besitzt eingangsseitig eine von der Zylinderzahl der Brennkraftmaschine abhängige Anzahl von Einzelrohren, die jeweils an einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine befestigt sind und in welche die im jeweils zugeordneten Zylinder erzeugten Abgase eingeleitet werden. Für die Weiterleitung der Abgase werden dann die Einzelrohre in ein gemeinsames Sammelrohr zusammengeführt, das die Abgase üblicherweise einem Katalysator und einem Schalldämpfer zuführt. Bei dieser Zusammenführung mehrerer Einzelrohre zu einem gemeinsamen Sammelrohr ergibt sich eine Rohranordnung der eingangs genannten Art.

Aus der DE 100 51 277 A1 ist eine derartige Rohranordnung bekannt, bei der vier Einzelrohre mittels eines einstöckigen Adapters mit einem Sammelrohr verbunden werden. Die Einzelrohre weisen jeweils an ihrem Austrittsende einen dreieckigen Viertelkreisquerschnitt auf. An einer Eingangsseite des Adapters ist für jedes Einzelrohr ein Anschlusstutzen ausgeformt, der komplementär zum Austrittsende des zugehörigen Einzelrohrs geformt ist, also ebenfalls einen Viertelkreisquerschnitt besitzt. Die Einzelrohre sind mit ihren Austrittsenden jeweils in den zugeordneten Anschlusstutzen eingesteckt und damit verschweißt. Die dabei verwendeten Schweißnähte sind innenliegend ausgebildet, verlaufen also an einer der Gasströmung ausgesetzten Innenseite des Adapters. Das Sammelrohr weist an seinem Eintrittsende einen runden Querschnitt auf. An einer von der Eingangsseite abgewandten Ausgangsseite des Adapters ist ein geschlossen umlaufender Kragen angeformt, der komplementär zum Eintrittsende des Sammelrohrs geformt ist, derart, dass das Sammelrohr mit seinem Eintrittsende in den Kragen eingesteckt oder auf den Kragen aufgesteckt und damit verschweißt werden kann. Die benachbarten Anschlusstutzen des Adapters sind durch geradlinige Stege voneinander getrennt, an denen die eingesteckten Einzelrohre angeschweißt werden. An jedem Steg sind somit zwei Schweißnähte ausgebildet, wobei sich in einem Zentrum des Adapters, von dem die vier Stege ausgehen, acht Schweißnähte treffen. Die relative Nähe mehrerer Schweißnähte kann sich ungünstig für die Festigkeitseigenschaften der Rohranordnung auswirken.

Bei Brennkraftmaschinen, insbesondere bei Brennkraftmaschinen eines Kraftfahrzeugs, kann es erforderlich sein, die Einzelrohre bereits relativ nahe an der Brennkraftmaschine mit dem Sammelrohr zu verbinden. Beispielsweise enthält der Abgasstrang einen motornahen Katalysator, der im oder strom ab des Sammelrohrs angeordnet ist. Die Nähe zur Brennkraftmaschine hat zur Folge, dass in dieser Rohranordnung relativ hohe Temperaturen auftreten, die im Betrieb zu einer hohen thermischen Beanspruchung der Rohranordnung führen.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Rohranordnung der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die insbesondere eine erhöhte Temperaturbeständigkeit aufweist.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Austrittsenden der Einzelrohre mit runden, also nicht eckigen Querschnitten zu versehen, die an komplementär geformte, separate Anschlüsse eines einstückig hergestellten Adapters angesteckt und angeschweißt sind. Durch diese Bauweise können Schweißnähte so geführt werden, dass sie im Betrieb bei hohen Temperaturen im wesentlichen nur Dehnungen und Druckkräften ausgesetzt sind. Biege- und Scherbelastungen der Schweißnähte können dadurch reduziert oder vermieden werden, wodurch sich eine Verbesserung der Temperaturfestigkeit dieser Rohranordnung ergibt. Spannungsspitzen und Doppelnähte können so vermieden werden.

Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der die Einzelrohre und/oder das Sammelrohr jeweils durch eine au ßenliegende, geschlossen umlaufende Schweißnaht mit dem zugeordneten Anschluss des Adapters verschweißt sind. Unter einer außenliegenden Schweißnaht wird dabei eine Schweißnaht verstanden, die an einer Außenseite des Adapters angebracht ist und keinen Kontakt zur durchströmbaren Innenseite des Adapters besitzt. Eine derartige Schweißnaht kann insbesondere als Kehlschweißnaht ausgeführt sein. Zum einen ergibt sich durch diese Bauweise eine Vereinfachung für die Herstellung der Rohranordnung. Zum anderen sind diese Schweißnähte im Betrieb im wesentlichen nur Dehnungsspannungen und Druckbelastungen ausgesetzt, so dass sie eine relativ hohe Lebenszeit aufweisen.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

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.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche oder ähnliche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
1 einen Längsschnitt durch eine Rohranordnung nach der Erfindung und
2 einen Querschnitt durch die Rohranordnung entsprechend den Schnittlinien II in 1.
Entsprechend 1 werden mittels einer erfindungsgemäßen Rohranordnung 1 mehrere, hier drei, Einzelrohre 2 mit einem gemeinsamen Sammelrohr 3 verbunden. Bei einer bevorzugten. Anwendung der Rohranordnung 1 bildet diese einen Bestandteil eines Abgastrakts einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Beispielsweise sind die Einzelrohre 2 durch Abgaskrümmerrohre der Brennkraftmaschine gebildet, die direkt an einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angeschlossen sind, um dort die heißen Verbrennungsabgase abzuführen. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Rohranordnung 1 können diese Abgaskrümmerrohre, also die Einzelrohre 2, in eine gemeinsame Abgasleitung einmünden, die dann dem Sammelrohr 3 entspricht.
Zu diesem Zweck besitzt die Rohranordnung 1 einen Adapter 4, der aus einem Stück hergestellt ist bzw. aus einem einzigen Teil besteht. Der Adapter 4 besitzt eine den Einzelrohren 2 zugewandte Eingangsseite 5 und eine dem Sammelrohr 3 zugewandte Ausgangsseite 6, die dementsprechend von der Eingangsseite 5 abgewandt ist.
Entsprechend den 1 und 2 besitzen die Einzelrohre 2 an ihren dem Sammelrohr 3 zugewandten Austrittsenden 7 jeweils einen runden, insbesondere kreisförmigen oder ovalen oder elliptischen, Querschnitt. Gemäß 1 weist der Adapter 4 an seiner Eingangsseite 5 für jedes Einzelrohr 2 einen eigenen Anschlußstutzen 8 auf, der von der Eingangsseite 5 absteht. Diese Anschlußstutzen 8 sind dabei jeweils komplementär zu den Austrittsenden 7 der Einzelrohre 2 geformt, derart, dass die Einzelrohre 2 mit ihren Austrittsenden 7 in die Anschlußstutzen 8 einsteckbar sind. Dementsprechend besitzen auch die Anschlußstutzen 8 einen passenden runden Querschnitt. Durch diese Formgebung ist es möglich, die in die Anschlußstutzen 8 eingesteckten Einzelrohre 2 jeweils mittels einer außenliegenden, vollständig umlaufenden Schweißnaht 9, die hier jeweils als Kehlschweißnaht ausgeführt ist, an den Anschlußstutzen 8 bzw. am Adapter 4 zu befestigen.
Auf der Ausgangsseite 6 weist der Adapter 4 einen umlaufenden Kragen 10 auf, der von der Ausgangsseite 6 absteht. In diesen Kragen 10 ist ein Eintrittsende 11 des Sammelrohrs 3 eingesteckt. Erfindungsgemäß besitzen auch der Kragen 10 und das Eintrittsende 11 des Sammelrohrs 3 runde Querschnitte, die komplementär zueinander geformt sind. Hierdurch kann auch das Sammelrohr 3 mittels einer vollständig umlaufenden, außenliegenden Schweißnaht 12, die vorzugsweise als Kehlnaht ausgebildet ist, am Adapter 4 befestigt werden.
Wie aus 2 hervorgeht, müssen Kragen 10 und Eintrittsende 11 keinen kreisförmigen oder elliptischen oder ovalen Querschnitt besitzen, sondern können grundsätzlich einen beliebigen, an die Anzahl und Anordnung der Einzelrohre 2 angepaßten Querschnitt besitzen. Wesentlich ist dabei nur, dass diese Querschnitte keine Ecken enthalten, die in der Schweißnaht 12 zu Spannungsspitzen führen würden, wenn die Rohranordnung 1 thermisch hoch belastet ist.
Durch die runden Querschnitte der Austrittsenden 7 sowie des Eintrittsendes 11 können die Einzelrohre 2 und das Sammelrohr 3 unabhängig voneinander jeweils mit einer eigenen Schweißnaht 9 bzw. 12 am Adapter 4 befestigt werden. Einander überlappende Schweißnähte können dadurch vermieden werden. Da außerdem die Schweißnähte geschlossen umlaufend und ohne Ecken oder Winkel, sondern gerundet ausgestaltet werden können, ist die erfindungsgemäße Rohranordnung 1 in besonderer Weise für hohe Temperaturbelastungen geeignet, da die Schweißnähte 9,12 im Betrieb, also bei hohen Temperaturen, im wesentlichen nur auf Dehnung und durch Druck beaufschlagt sind, während Biege- und Scherbelastungen kaum oder nicht auftreten. Die erfindungsgemäße Rohranordnung 1 ist daher in besonderer Weise für eine relativ motornahe Positionierung im Abgastrakt einer Brennkraftmaschine geeignet.
Der Adapter 4 kann besonders preiswert aus einem Blech durch einen Umformvorgang, insbesondere als Ziehteil, hergestellt werden. Bei der Blechumformung werden dann die Anschlußstutzen 8 und der Kragen 10 am Adapter 4 ausgeformt.
Die außenliegenden Schweißnähte 9,12 haben zusätzlich den Vorteil, dass sie produktionstechnisch relativ einfach anbringbar sind, wobei außerdem während ihrer Anbringung die Gefahr einer Verschmutzung der fluid- oder gasführenden Innenseiten der Rohre 2 und 3 reduziert ist.
Bei der hier gezeigten Ausführungsform sind die Austrittsenden 7 der Einzelrohre 2 in die Anschlußstutzen 8 eingesteckt. Ebenso ist es grundsätzlich möglich, die Einzelrohre 2 und die Anschlußstutzen 8 so aufeinander abzustimmen, dass die Austrittsenden 7 außen auf die Anschlußstutzen 8 aufgesteckt werden. In entsprechender Weise kann die Ausgestaltung des Kragens 10 auch so erfolgen, dass das Sammelrohr 3 mit seinem Eintrittsende 111 außen auf den Kragen 10 aufgesteckt wird.
Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist der Adapter 4 für eine axiale Einmündung der Einzelrohre 2 in das Sammelrohr 3 konzipiert. Die dem Sammelrohr 3 zugewandten Enden der Anschlußstutzen 8 liegen an der Ausgangsseite 6 des Adapters 4 im wesentlichen in einer Ebene, die im vorliegenden Fall leicht gekrümmt ist. Diese Ebene verläuft dabei etwa senkrecht zur Längsachse des Eintrittsendes 11 des Sammelrohrs 3. Des Weiteren ist auch der Kragen 10 so gewählt, dass das angesteckte Eintrittsende 11 des Sammelrohrs 3 stirnseitig in einer Ebene liegt, die im wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Eintrittsendes 11 verläuft.
Im vorliegenden Fall sind die Anschlußstutzen 8 außerdem so gestaltet, dass die Einzelrohre 2 mit ihren Austrittsenden 7 so tief in die Anschlußstutzen 8 einsteckbar sind, dass die Austrittsenden 7 über die Ausgangsseite 6 des Adapters 4 vorstehen. Insbesondere sind die Einzelrohre 2 aufeinander abgestimmt und so weit in die Anschlußstutzen 8 eingesteckt, dass ihre Austrittsenden 7 wieder in einer gemeinsamen, hier leicht gekrümmten Ebene liegen, die senkrecht zur Längsachse des Sammelrohrs 3 bzw. dessen Eintrittsendes 11 verläuft. Mit anderen Worten, die Austrittsenden 7 befinden sich stirnseitig bezüglich der Längsachse des Eintrittsendes 11 etwa auf demselben axialen Niveau.
Bei der hier gezeigten Bauform ragt das Eintrittsende 11 des Sammelrohrs 3 so weit in den Kragen 10 ein, dass das Sammelrohr 3 mit seinem Eintrittsende 11 die Austrittsenden 7 der Einzelrohre 2 einfaßt, wodurch sich quer zur Einsteckrichtung bzw. quer zur Längsrichtung des Sammelrohrs 3 eine Überdeckung bzw. Überlappung ergibt. Insgesamt kann somit eine besonders kompakte Bauweise für die Rohranordnung 1 zur Einleitung mehrerer Einzelrohre 2 in das Sammelrohr 3 erreicht werden. Die kompakte Bauweise wird auch dadurch unterstützt, dass der Adapter 4 in der Längsrichtung des Sammelrohrs 3 relativ kurz baut. Insbesondere ist eine in der Längsrichtung des Sammelrohrs 3 gemessene Höhe des Adapters 4 kleiner als ein Durchmesser eines der Einzelrohre 2 in dessen Austrittsquerschnitt 7.

Claims

Rohranordnung, insbesondere im Abgastrakt einer Brennkraftmaschine, – mit mindestens zwei Einzelrohren (2), einem Sammelrohr (3) und einem einstückigen Adapter (4), – wobei an einer Eingangsseite (5) des Adapters (4) für jedes Einzelrohr (2) ein Anschlußstutzen (8) ausgeformt ist, der komplementär zum Austrittsende (7) des zugeordneten Einzelrohrs (2) geformt ist, – wobei die Einzelrohre (2) mit ihren Austrittsenden (7) jeweils in den zugeordneten Anschlußstutzen (8) eingesteckt oder auf den zugeordneten Anschlußstutzen (8) aufgesteckt sind und damit verschweißt sind, – wobei das Sammelrohr (3) an seinem Eintrittsende (11) einen runden Querschnitt aufweist, – wobei an einer von der Eingangsseite (5) abgewandten Ausgangsseite (6) des Adapters (4) ein geschlossen umlaufender Kragen (10) angeformt ist, der komplementär zum Eintrittsende (11) des Sammelrohrs (3) geformt ist, – wobei das Sammelrohr (3) mit seinem Eintrittsende (11) in den Kragen (10) eingesteckt oder auf den Kragen (10) aufgesteckt ist und damit verschweißt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelrohre (2) jeweils an ihrem Austrittsende (7) einen runden Querschnitt aufweisen.
Rohranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelrohre (2) jeweils durch eine außenliegende, geschlossen umlaufende Schweißnaht (9) mit dem zugeordneten Anschlußstutzen (8) verschweißt sind.
Rohranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sammelrohr (3) durch eine außenliegende, geschlossen umlaufende Schweißnaht (12) mit dem Kragen (10) verschweißt ist.
Rohranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kragen (10) in einer Projektion in Längsrichtung des Eintrittsendes (11) des Sammelrohrs (3) die in oder an der Ausgangsseite (6) liegenden Enden der Anschlußstutzen (8) und/oder alle Austrittsenden (7) umschließt.
Rohranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (4) aus einem Blech durch Umformung hergestellt ist.
Rohranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlußstutzen (8) von der Eingangsseite (5) des Adapters (4) abstehen.
Rohranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kragen (10) von der Ausgangsseite (6) des Adapters (4) absteht.
Rohranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlußstutzen (8) so angeordnet sind, dass alle Austrittsenden (7) bezüglich der Längsrichtung des Eintrittsendes (11) des Sammelrohrs (3) im wesentlichen auf demselben Niveau liegen.
Rohranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Adapters (4) in der Längsrichtung des Eintrittsendes (11) des Sammelrohrs (3) kleiner ist als der Durchmesser eines der Einzelrohre (2) in dessen Austrittsende (7).
Rohranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelrohre (2) so weit in die Anschlußstutzen (8) eingesteckt sind, dass ihre Austrittsenden (7) über die Ausgangsseite (6) des Adapters (4) vorstehen.
Rohranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Sammelrohr (3) so weit in den Kragen (10) eingesteckt oder auf den Kragen (10) aufgesteckt ist, dass es mit seinem Eintrittsende (11) die Austrittsenden (7) der Einzelrohre (3) überlappt.