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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Befestigungssystem und ein Verfahren zum Festlegen eines Auspuffkrümmers an
einer Verbrennungskraftmaschine, sowie eine Verbrennungskraftmaschinenanordnung
mit dem Befestigungssystem.
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An Verbrennungskraftmaschinen befestigte Auspuffkrümmer unterliegen
im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine hohen Temperaturbelastungen. Dadurch
finden thermische Ausdehnungen des Auspuffkrümmers statt. Werden die thermischen
Ausdehnungen zwangsweise durch die Art der Befestigung des Auspuffkrümmers unterdrückt, kann
es im Material des Auspuffkrümmers,
welches in der Regel ein Metall ist, zu Verspannungen in der Struktur
kommen, wobei eine Fließgrenze
des verwendeten Materiales für
den Auspuffkrümmer
oftmals überschritten wird,
wodurch die Struktur plastisch deformiert.
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Beim Abkühlen des Materiales zieht sich
das Material wieder zusammen, d.h. der Auspuffkrümmer will wieder in seine Ausgangslage
zurückkehren.
In den Bereichen, wo eine plastische Deformation aufgetreten ist,
stellen sich jetzt mechanische Spannungen mit entgegengesetztem
Vorzeichen ein, welche durchaus die gleiche oder eine noch höhere Größenordnung
erreichen können,
und wobei wieder plastisches Fließen eintreten kann. Hierdurch
kann die Struktur des Materials des Auspuffkrümmers nachhaltig geschädigt werden.
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Bei Auspuffkrümmern mit einzelnen Flanschverbindungen
zur Verbrennungskraftmaschine, wobei die einzelnen Flansche in der
Regel an einem Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine festgelegt werden,
ist die gesamte thermische Ausdehnung der Krümmerstruktur in der Flanschlängsachse
oftmals weitaus gröber
als die thermische Ausdehnung des Zylinderkopfes der Verbrennungskraftmaschine
in der gleichen Richtung. Bei einer formschlüssigen Festlegung der Flansche
am Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine kommt es daher zu
einer Behinderung der thermischen Ausdehnung der Krümmerstruktur,
was eine sofortige Spannungserhöhung
in der Materialstruktur zur Folge hat.
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Daher erfolgt in der Regel eine reibkraftschlüssige Festlegung
der Flansche am Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine, bei
der die Flansche die Möglichkeit
haben, auf dem Zylinderkopf hin und her zu gleiten. Man spricht
in diesem Fall von sogenanntem Flanschgleiten. In der Regel ist
zwischen Flansch und Zylinderkopf noch eine Dichtung angeordnet,
wobei dann die Flansche auf der Dichtung hin und her gleiten. Allerdings
müssen
natürlich
die Andruckkräfte
der Flansche auf die Dichtung noch entsprechend groß sein,
um Dichtigkeit zwischen Zylinderkopf, Dichtung und Flansch zu gewährleisten.
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Die Flansche werden in herkömmlicher
Weise z.B. mit Bolzen am Zylinderkopf befestigt, indem die Bolzen
durch Öffnungen
in den Flanschen gesteckt werden, und dann mit im Zylinderkopf angeordneten
Gewindelöchern
verschraubt werden. Dabei wirkt eine Klemmkraft vom Kopf des Bolzens
auf die Flansche, womit die oben erwähnte Dichtigkeit erzielt wird.
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Aufgrund des Flanschgleitens können Scherkräfte auftreten,
welche auf den Bolzenschaft bzw. den Bolzenkopf wirken, und im Extremfall
zur Beschädigung
des Bolzens führen
können.
Um diese Scherkräfte
herabzusetzen, werden herkömmlicher weise
Distanzhülsen
zwischen Bolzenkopf und Flansch angeordnet. Dabei müssen die
Bolzen eine der Länge
der Distanzhülsen
entsprechende Länge aufweisen.
Die Distanzhülsen
erlauben es den entsprechend verlängerten Bolzen bei einem Flanschgleiten
sich elastisch zu biegen, ohne dabei beschädigt zu werden.
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Die für die Dichtigkeit der Flansch-Zylinderkopf-Verbindung
notwendige Klemmkraft wird nun vom Bolzenkopf über die Distanzhülse auf
den Flansch übertragen.
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Es ist demgemäß eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein verbessertes Befestigungssystem zum Festlegen eines
Auspuffkrümmers
an einer Verbrennungskraftmaschine vorzuschlagen.
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Hierzu schlägt die Erfindung unter einem
ersten Aspekt ein Befestigungssystem zum Festlegen eines Auspuffkrümmers an
einer Verbrennungskraftmaschine vor, wobei das Befestigungssystem
einen Bolzen mit einem zur Befestigung an der Verbrennungskraftmaschine
ausgebildeten ersten Ende, und eine Hülse mit einem Innendurchmesser,
welcher größer ist
als ein Außendurchmesser
des Bolzens, umfasst, wobei ein erstes Ende der Hülse zur
Abstützung
an einem Flansch des Auspuffkrümmers
vorgesehen ist und ein zweites Ende der Hülse zur Abstützung an
einem Widerlager vorgesehen ist, welches an einem zweiten Ende des
Bolzens anbringbar ist, und wobei ein Wärmeausdehnungskoeffizient eines Materials
des Bolzens größer ist
als ein Wärmeausdehnungskoeffizient
eines Materials der Hülse.
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Die Verbrennungskraftmaschine wird
im Betrieb in der Regel mit einem Kühlmittel gekühlt, z.B. mit
Wasser. Die in dem ebenfalls gekühlten
Zylinderkopf steckenden Bolzen weisen entlang ihres Schaftes Bereiche
mit unterschiedlichen Temperaturen auf, da der im gekühlten Zylinderkopf
steckende Bolzenschaft mitgekühlt
wird, und vom Auspuffkrümmer ausstrahlende
Wärme den
Bolzen vom Kopf her erwärmt.
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Die Distanzhülsen weisen eine im Mittel
höhere
Temperatur auf als die Bolzen, da sie nicht in dem Maße vom gekühlten Zylinderkopf
mitgekühlt werden
wie die Bolzen.
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Der auf diese Weise erzielte Vorteil
der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass bei Betrieb der Verbrennungskraftmaschine,
d.h. bei erhitztem Auspuffkrümmer
und somit erhitzter Distanzhülse bzw.
Bolzen, und bei gleichzeitiger Kühlung
des Zylinderkopfes und damit auch des Bolzens, durch eine Auswahl
der Materialien für
den Bolzen bzw. für
die Hülse
die Klemmkraft einem gewünschten
Wert entspricht, welcher ein Flanschgleiten während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine
zuläßt, wodurch
mechanische Verspannungen am Auspuffkrümmer vermieden werden können.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist der Bolzen an seinem ersten Ende ein Schraubgewinde
zur Schraubverbindung mit der Verbrennungskraftmaschine auf.
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Es wird bevorzugt, dass das Widerlager
mit dem zweiten Ende des Bolzens fest, insbesondere integral, verbunden
ist.
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Zweckmäßigerweise weist der Bolzen
an seinem zweiten Ende ein Schraubgewinde zur Schraubverbindung
mit dem Widerlager auf .
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung
umfasst das Widerlager eine Schraubmutter.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfasst die Hülse
mehrere axial hintereinander angeordnete Teilhülsen. Somit läßt sich
eine Klemmkraft, die sich im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine
an der Verbindung von Bolzen, Distanzhülse und Flansch ergibt, durch
Auswahl jeweils verschiedener Wärmeausdehnungskoeffizienten
für die
Teilhülsen
fein steuern.
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Dabei wird bevorzugt, dass wenigstens
zwei Teilhülsen
aus voneinander verschiedenen Materialien gefertigt sind.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung
sind der Wärmeausdehnungskoeffizient
des Bolzens, der Wärmeausdehnungskoeffizient
und eine Länge
der Hülse
derart aufeinander abgestimmt, dass bei an der Verbrennungskraftmaschine
festgelegtem Auspuffkrümmer
ein Zug in dem Bolzen im Wesentlichen unabhängig von einer Betriebstemperatur
der Verbrennungskraftmaschine ist.
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Vorzugsweise sind der Wärmeausdehnungskoeffizient
des Bolzens, der Wärmeausdehnungskoeffizient
und eine Länge
der Hülse
derart aufeinander abgestimmt, dass bei an der Verbrennungskraftmaschine
festgelegtem Auspuffkrümmer
ein Zug in dem Bolzen bei kalter Verbrennungskraftmaschine einen ersten
Wert Z1 aufweist und bei einer Soll-Betriebstemperatur
der Verbrennungskraftmaschine einen zweiten Wert Z2 aufweist,
mit: (Z1 – Z2) / Z1 = x.
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Hierbei ist zweckmäßigerweise
x ≤ 0,3,
bevorzugterweise x < 0,25,
und noch bevorzugter x < 0,2.
Ferner gilt insbesondere x ≥ 0.
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Typische Werte von Z1 bzw.
Z2 liegen im Bereich von 10 bis 15 kN, und
zwar für
Bolzen mit einem Kerndurchmesser von etwa 7 bis 8 mm (entspricht M7-
bzw. M8-Bolzen).
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung
umfasst das Material des Bolzens ein austenitisches Stahlmaterial.
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In noch weiterer Ausgestaltung der
Erfindung umfasst das Material der Hülse ein ferritisches Stahlmaterial.
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Vorzugsweise umfasst das Stahlmaterial
ein legiertes oder ein unlegiertes Stahlmaterial.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist
der Wärmeausdehnungskoeffizient
des Materials des Bolzens einen ersten Wert α1 und
der Wärmeausdehnungskoeffizient
des Materials der Hülse
einen zweiten Wert α2 auf, mit: (α1 – α2)
/ α1 = y.
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Hierbei ist zweckmäßigerweise
y ≤ 0,3,
bevorzugterweise y < 0,25,
und noch bevorzugter y < 0,2.
Ferner gilt vorzugsweise y ≥ 0,1
und bevorzugterweise y ≥ 0,05.
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Typische Werte für α1 bzw. α2 sind:
α1 =
16·10–6 1/K
bei 20 °C,
α1 =
18·10–6 1/K
bei 400 °C,
und
α2 = 10·10–6 1/K
bei 20 °C,
α2 =
11,5·10–6 1/K
bei 400 °C.
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Unter einem weiteren Aspekt umfasst
die vorliegende Erfindung eine Verbrennungskraftmaschinenanordnung
mit einer Verbrennungskraftmaschine und einem Auspuffkrümmer, wobei
der Auspuffkrümmer
mit dem Befestigungssystem nach den obigen Erfindungsmerkmalen an
der Verbrennungskraftmaschine festgelegt ist.
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In bevorzugter Ausführungsform
der Erfindung ist der Auspuffkrümmer
an einem Zylinderkopf der Verbrennungskraftma maschine festgelegt.
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In einer noch weiter bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung ist zwischen Verbrennungskraftmaschine und Auspuffkrümmer eine
Dichtung angeordnet.
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Unter einem weiteren Aspekt umfasst
die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Festlegen eines Auspuffkrümmers an
einer Verbrennungskraftmaschine, wobei das Verfahren die folgenden
Schritte umfasst: Bereitstellen eines Befestigungssystems, welches
wenigstens einen Bolzen und eine Hülse umfasst, Anordnen des Bolzens,
der Hülse
und des Auspuffkrümmers
relativ zu der Verbrennungskraftmaschine, und zwar derart, dass
der Bolzen mit einem ersten Ende desselben an der Verbrennungskraftmaschine
befestigt ist, der Bolzen einen Flansch des Auspuffkrümmers durchsetzt,
die Hülse
den Bolzen umgreift und axial zwischen dem Flansch und einem an
einem zweiten Ende des Bolzens angebrachten Widerlager angeordnet
ist, Annähern
des Widerlagers an die Verbrennungskraftmaschine, so dass sich die
Hülse einerseits
an dem Flansch und andererseits an dem Widerlager abstützt und
den Flansch gegen die Verbrennungskraftmaschine presst, wobei ein
Wärmeausdehnungskoeffizient
eines Materials des Bolzens größer ist
als ein Wärmeausdehnungskoeffizient
eines Materials der Hülse.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung umfasst das Ermitteln jeweils wenigstens einer Temperatur
der Hülse
und des Bolzens während
eines Dauerbetriebs der Verbrennungskraftmaschine, das Bilden jeweils
einer mittleren Temperatur der Hülse
und des Bolzens und das Abstimmen von dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des
Bolzens, dem Wärmeausdehnungskoeffizienten und
einer Länge
der Hülse
derart aufeinander aufgrund der wenigstens einen Temperatur, dass
ein Zug in dem Bolzen bei kalter Verbrennungskraftmaschine einen
ersten Wert Z1 aufweist und während des
Dauerbetriebs einen zweiten Wert Z2 aufweist, mit: (Z1 – Z2)
/ Z1 = x.
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Hierbei ist zweckmäßigerweise
x ≤ 0,3,
bevorzugterweise x < 0,25,
und noch bevorzugter x < 0,2.
Ferner gilt vorzugsweise x ≥ 0.
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der
Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt bzw. zeigen:
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1 eine
schematische Verbrennungskraftmaschine mit Auspuffkrümmer mit
einem Befestigungssystem als eine erste Ausführungsform der Erfindung,
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2 eine
Detailansicht von 1,
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3 eine
Detailansicht einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung,
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4 eine
Detailansicht einer dritten Ausführungsform
der Erfindung,
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5 ein
Temperaturprofil anhand des Beispiels der ersten Ausführungsform
gemäß 2 bei Betrieb der Verbrennungskraftmaschine
und
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6,
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7 verschiedene
Bauformen von Auspuffkrümmern.
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1 stellt
eine Verbrennungskraftmaschine 1 dar (hier schematisch
dargestellt), welche einen Zylinderkopf 3 mit daran angeflanschtem
Auspuffkrümmer 5 umfasst.
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Der Auspuffkrümmer 5 ist in gegossener Weise
ausgebildet, wobei drei Auspuffkrümmerrohre 23 und ein
Abgassammelrohr 27 integral miteinander verbunden sind.
Die Auspuffkrümmerrohre 23 sind jeweils
mit einem Flansch 7 ausgebildet, welche Öffnungen 21 der
Auspuffkrümmerrohre 23 umgeben.
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Die Flansche 7 sind am Zylinderkopf 3 der Verbrennungskraftmaschine 1 mit
Hilfe von jeweils zwei Befestigungssystemen 9 am Zylinderkopf 3 festgelegt.
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Die Befestigungssysteme 9 umfassen
jeweils aus einem Bolzen 11 und einer Hülse 13. Die Bolzen 11 sind
durch Öffnungen
in den Flanschen 7 gesteckt und mit dem Zylinderkopf 3 mittels
Gewindelöcher 17 in
einer Wand 19 des Zylinderkopfes 3 verschraubt.
Eine genauere Beschreibung der ersten Ausführungsform folgt weiter unten
mit der Beschreibung der 2.
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Die Flansche 7 umgeben Öffnungen 21 der Auspuffkrümmerrohre 23,
welche in integraler Weise zusammen mit einem Auspuffkrümmersammelrohr 27 den
Auspuffkrümmer 5 bilden.
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Der Auspuffkrümmer 5 ist mit seinen
Einzelflanschen 7 derart gegenüber dem Zylinderkopf 3 mit Abgasausstoßöffnungen 25 ausgerichtet,
dass die Öffnungen 21 der
Auspuffkrümmerrohre 23 gegenüber den
Abgasausstoßöffnungen 25 angeordnet sind.
Durch die Abgasausstoßöffnungen 25 ausgestoßenes Abgas
wird über
das Abgassammelrohr 27 weitergeleitet, z.B. zu einem (hier
nicht dargestellten) Abgaskatalysator.
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Zwischen Flanschen 7 und
Zylinderkopf 3 ist eine Dichtung 29 angeordnet,
welche die Verbindung zwischen Flanschen 7 und Zylinderkopf 3 abdichtet.
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2 ist
eine Detailansicht eines der in 1 dargestellten
Befestigungssysteme 9 in der ersten Ausführungs form
der vorliegenden Erfindung. Gleiche Bezugsnummern bezeichnen dabei
gleiche Elemente.
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Ein Flansch 7 mit einer Öffnung 15 ist
auf folgende Weise an einer Zylinderkopfwand 19 festgelegt:
In
der Öffnung 15 des
Flansches 7 ist ein Bolzen 11 angeordnet. Der
Durchmesser der Öffnung 15 im Flansch 7 ist
derart, daß ein
Flanschgleiten des Flansches 7 in den Richtungen des Doppelpfeiles
A bei Zu- bzw. Abnahme der Betriebstemperatur der Verbrennungskraftmaschine
zugelassen wird.
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Der Bolzen 11 weist an seinem
einen Ende ein Außengewinde 31 auf,
welches mit einem Innengewinde 37 in einem in der Zylinderkopfwand 19 befindlichen
Gewindeloch 17 verschraubt ist.
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An seinem anderen Ende weist der
Bolzen 11b einen Bolzenkopf 33 auf, welcher integral
mit dem Bolzen 11 gebildet ist.
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Das Material des Bolzens 11 ist
ein austenitisches Stahlmaterial mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten
von α1 = 18·10–6 1/K
bei 400°C.
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Zwischen Bolzenkopf 33 und
Flansch 7 ist eine Distanzhülse 13 angeordnet.
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Die Distanzhülse 13 stützt sich
an ihrem einen Ende am Bolzenkopf 33, welcher somit als
Widerlager 35 dient, und an ihrem anderen Ende am Flansch 7 ab.
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Die Distanzhülse 13 ist einstückig aus
einem ferritischen Stahlmaterial mit einem Wärmeausdehnungskoeffizient von α2 =
11,5·10–6 1/K
bei 400°C ausgebildet.
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Zwischen Flansch 7 und Zylinderkopfwand 19 ist
eine Dichtung 29 zur Abdichtung der Verbindung von Flansch 7 und
Zylinderkopfwand 19 angeordnet.
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Zylinderkopfwand 19 ist
mit einem Strömungskanal 39 ausgebildet,
durch welchen ein Kühlmittel
(hier nicht dargestellt) zur Kühlung
des Zylinderkopfes strömt.
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3 stellt
ein Befestigungssystems 9a dar, welches eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist. Gleiche Bezugsnummern bezeichnen
dabei gleiche Elemente.
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Ein Flansch 7a mit einer Öffnung 15a ist
auf folgende Weise an einer Zylinderkopfwand 19a festgelegt:
In
der Öffnung 15a des
Flansches 7a ist ein Bolzen 11a angeordnet. Der
Durchmesser der Öffnung 15a im
Flansch 7a ist derart, daß ein Flanschgleiten des Flansches 7a in
den Richtungen des Doppelpfeiles A bei Zu- bzw. Abnahme der Betriebstemperatur
der Verbrennungskraftmaschine zugelassen wird.
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Der Bolzen 11a weist an
seinem einen Ende ein Auflengewinde 31a auf, welches mit
einem Innengewinde 37a in einem in der Zylinderkopfwand 19a befindlichen
Gewindeloch 17a verschraubt ist.
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An seinem anderen Ende weist der
Bolzen 11a ein Außengewinde 41 auf,
auf welches ein Widerlager 35a geschraubt ist. Das Widerlager 35a ist in
diesem Fall eine Schraubmutter 43.
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Zwischen Widerlager 35a und
Flansch 7a ist eine Distanzhülse 13a angeordnet,
welche sich an ihrem einen Ende am Widerlager 35a und an
ihrem anderen Ende am Flansch 7a abstützt.
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Zwischen Flansch 7a und
Zylinderkopfwand 19a ist eine Dichtung 29a zur
Abdichtung der Verbindung von Flansch 7a und Zylinderkopfwand 19a angeordnet.
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Zylinderkopfwand 19a ist
mit einem Strömungskanal 39a ausgebildet,
durch welchen ein Kühlmittel
(hier nicht dargestellt) zur Kühlung
des Zylinderkopfes strömt.
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4 stellt
ein Befestigungssystems 9b dar, welches eine dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist. Gleiche Bezugsnummern bezeichnen
dabei gleiche Elemente.
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Ein Flansch 7b mit einer Öffnung 15b ist
auf folgende weise an einer Zylinderkopfwand 19b festgelegt:
In
der Öffnung 15b des
Flansches 7b ist ein Bolzen 11b angeordnet. Der
Durchmesser der Öffnung 15b im
Flansch 7b ist derart, daß ein Flanschgleiten des Flansches 7b in
den Richtungen des Doppelpfeiles A bei Zu- bzw. Abnahme der Betriebstemperatur
der Verbrennungskraftmaschine zugelassen wird.
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Der Bolzen 11b weist an
seinem einen Ende ein Außengewinde 31b auf,
welches mit einem Innengewinde 37b in einem in der Zylinderkopfwand 19b befindlichen
Gewindeloch 17b verschraubt ist.
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An seinem anderen Ende weist der
Bolzen 11b einen Bolzenkopf 33b auf, welcher integral
mit dem Bolzen 11b gebildet ist.
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Zwischen Bolzenkopf 33b und
Flansch 7b ist eine Distanzhülse 13b angeordnet,
welche aus zwei axial hintereinander angeordneten Teilhülsen 13' und 13'' gebildet ist. Die beiden Teilhülsen 13' und 13'' sind hierbei aus voneinander verschiedenen
Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
gefertigt.
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Distanzhülse 13b stützt sich
an ihrem einen Ende am Bolzenkopf 33b, welcher somit als
Widerlager 35b dient, und an ihrem anderen Ende am Flansch 7b ab.
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Zwischen Flansch 7b und
Zylinderkopfwand 19b ist eine Dichtung 29b zur
Abdichtung der Verbindung von Flansch 7a und Zylinderkopfwand 19a angeordnet.
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Zylinderkopfwand 19b ist
mit einem Strömungskanal 39b ausgebildet,
durch welchen ein Kühlmittel
(hier nicht dargestellt) zur Kühlung
des Zylinderkopfes strömt.
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5 stellt
ein Temperaturprofil des in 2 dargestellten
Befestigungssystems 9 bei Betrieb der Verbrennungskraftmaschine
dar. Gleiche Bezugsnummern bezeichnen wiederum gleiche Elemente.
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Es sind hier die verschiedenen Komponenten,
d.h. Bolzen 11 mit Kopf 33, Hülse 13, Flansch 7, Dichtung 29 und
Zylinderwand 19, in Temperaturbereiche eingeteilt, welche
sich bei Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 ergeben.
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Dabei wird Wärme aufgrund von Konvektion von
den Auspuffkrümmerrohren 23 (siehe
hierzu 1) abgestrahlt,
wobei die sich nahe der Auspuffkrümmerrohre 23 befindlichen
Bolzenköpfe
und Distanzhülsen 13 erwärmt werden.
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Da die Bolzen mit ihrem anderen Ende
in der gekühlten
Zylinderkopfwand 19 stecken, werden die Bolzen von diesem
Ende her gekühlt.
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Es ergeben sich Bereiche mit unterschiedlichen
Temperaturen. Diese Bereiche sind in 5 durch
Linien voneinander getrennt, wobei einem jeden Bereich ein Temperaturwert
zugeordnet ist, welcher die Temperatur für den jeweiligen Bereich angibt.
Dabei ist zu erkennen, dass der Bolzen 11 eine Temperaturverteilung
aufweist, welche sich von 165°C
an seinem unteren ersten Ende, welches in der gekühlten Zylinderkopfwand 9 steckt,
bis zu einer Temperatur von 320°C
an seinem Kopfende 33 erstreckt.
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Die Hülse 13 dagegen weist
eine Temperaturverteilung auf, welche sich von 310°C an ihrem ersten
unteren Ende bis zu 330°C
an ihrem zweiten oberen Ende erstreckt.
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Aufgrund der ermittelten Temperaturen
von Distanzhülse 13 und
Bolzen 11 ist der Wärmeausdehnungskoeffizient
der Distanzhülse 13 in
dem Maße
geringer gewählt
als der Wärmeausdehnungskoeffizient
des Bolzens 11, daß die
vom Bolzenkopf 33 über
die Distanzhülse 13 auf
den Flansch 7 ausgeübte
Kraft F (angedeutet durch Pfeile F, F) bei Betrieb der Verbrennungskraftmaschine
in etwa angenähert
gleich der im kalten Zustand der Verbrennungskraftmaschine eingestellten
Kraft ist.
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Das Abstimmen der Wärmeausdehnungskoeffizienten
von Distanzhülse 13 und
Bolzen 11 kann auch durch eine aus den ermittelten Temperaturen gebildete
mittlere Temperatur jeweils für
die Distanzhülse 13 und
den Bolzen 11 durchgeführt
werden.
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Bei Zu- bzw. Abnahme der Betriebstemperatur
der Verbrennungskraftmaschine gleitet der Flansch 7 in
den Richtungen des Doppelpfeiles A. Es treten keine mechanischen
Verspannungen am Auspuffkrümmer
auf.
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6 und 7 stellen eine Auswahl verschiedener
Bauformen I bis IV von Auspuffkrümmern 5c bis 5f dar,
für welche
das erfindungsgemäße Befestigungssystem
verwendet wird.
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Verbrennungskraftmaschinen mit Zylinderkopf,
an welche die Auspuffkrümmer 5c bis 5f angeflanscht
sind, sind hier – ebenso
wie Dichtungen zwischen Flansch und Zylinderkopf – der Übersichtlichkeit
wegen jeweils nicht dargestellt.
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Bauform I stellt einen Auspuffkrümmer 5c im Querschnitt
dar, welcher als Blechkrümmer
in Schalenbauweise ausgebildet ist, wobei Flansche 7c jeweils
an Auspuffkrümmerrohren 23c mit
Schweißnähten 45c angeschweißt sind.
Auspuffkrümmerrohre 23c sind
integral miteinander verbunden. Die Flansche 7c weisen Öffnungen 15c auf,
welche hier einfachheitshalber mit deren strichpunktierten Mittellinien
angedeutet sind.
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Die Öffnungen 15c sind
dazu ausgelegt, jeweils ein erfindungsgemäßes Befestigungssystem, d.h.
Bolzen und Distanzhülse
(hier nicht dargestellt), aufzunehmen.
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Bauformen II und III stellen Auspuffkrümmer 5d bzw. 5e dar,
welche als Rohrkrümmer
ausgebildet sind, wobei Flansche 7d bzw. 7e jeweils
an Auspuffkrümmerrohren 23d bzw. 23e befestigt
sind.
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Die Flansche 7d bzw. 7e weisen Öffnungen 15d bzw. 15e auf,
welche hier einfachheitshalber mit deren strichpunktierten Mittellinien
angedeutet sind.
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Die Öffnungen 15d bzw. 15e sind
dazu ausgelegt, jeweils ein erfindungsgemäßes Befestigungssystem, d.h.
Bolzen und Distanzhülse
(hier nicht dargestellt), aufzunehmen.
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Bauform IV stellt einen Auspuffkrümmer 5f dar,
welcher mit integral miteinander verbundenen Auspuffkrümmerrohren 23f ausgebildet
ist, und zusätzlich
ein einzelnes Auspuffkrümmerrohr 23f' aufweist.
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Die beiden Auspuffkrümmerrohre 23f münden in
einem einzigen Flansch 7f, welcher die Auspuffkrümmerrohre 23f sozusagen
miteinander verbindet, und das zusätzliche Auspuffkrümmerrohr 23f' weist einen
einzelnen Flansch 7f' auf,
welcher nicht mit Flansch 7f der Auspuffkrümmerrohre 23f verbunden
ist.
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Die Flansche 7f, 7f' weisen Öffnungen 15f, 15f' auf, welche
hier wiederum einfachheitshalber mit deren strichpunktierten Mittellinien
angedeutet sind.
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Die Öffnungen 15f können herkömmliche Befestigungssysteme
aufnehmen, wobei sich die Klemmkraft mit zunehmender Betriebstemperatur der
Verbrennungskraftmaschine erhöht,
um dem Bestreben des Flansches 7f, sich bei erhöhter Temperatur
an den Seiten vom Zylinderkopf abzuheben, entgegenzuwirken.
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Im Gegensatz dazu werden für die Öffnungen 15f' erfindungsgemäße Befestigungssysteme verwendet,
um dem Flansch 7f' bei
Zu- oder Abnahme der Betriebstemperatur der Verbrennungskraftmaschine
ein Gleiten auf dem Zylinderkopf in Richtung des Doppelpfeiles A
zu ermöglichen.