DE19526085A1

DE19526085A1 - Jointed connection of two pipes of exhaust gas system

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Publication number: DE19526085A1
Application number: DE1995126085
Authority: DE
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 1995-07-18
Filing date: 1995-07-18
Publication date: 1997-01-23

Abstract

A clamping element(3,13) wraps around the free ends of the pipes. A reinforcing sleeve(16) is fitted in the inner pipe in the area of the connection point and its external contour corresponds to the internal contour of the inner pipe. The inner pipe has at least two sections with different radii. The first section facing the free end of the outer pipe has on its outer side approximately the same spherical radius as the outer pipe on the inner side of its free end.

Description

Die Erfindung betrifft eine gelenkige Verbindung zweier Rohre einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruches.The invention relates to an articulated connection of two pipes of an exhaust system Internal combustion engine according to the type of the main claim.

Eine derartige gelenkige Verbindung zweier Rohre einer Abgasanlage ist beispielsweise in der DE 27 22 052 A1 beschrieben. Bei dieser gelenkigen Verbindung ist das Ende eines Rohres der Abgasanlage kugelförmig aufgeweitet. Das freie Ende dieses kugelförmig aufgeweiteten Rohres wird von einer Flanschplatte umfaßt, die mit einem weiterführenden Rohr verbunden ist und die zur Aufnahme des kugelförmigen Endabschnittes eine entsprechende kugelabschnittförmige Innenkontur aufweist. Zur Abdichtung der Verbindung zwischen dem Rohrende und dem Flanschstück ist ein eingelegter Dichtring vorgesehen. Der kugelförmige Endabschnitt des eingesetzten Rohres wird auf der dem Flansch abgewandten Seite des kugelförmigen Endstückes von einem Spannelement umfaßt, das ebenfalls zumindest endseitig eine entsprechende Kugelabschnittform aufweist und mit der Flanschplatte verschraubt ist. Eine derartige Verbindung ist aufwendig zu fertigen, da insbesondere der Herstellungsaufwand für die mit dem weiterführenden Rohr verbundene Flanschplatte sehr hoch ist. Auch der Fertigungsaufwand für das Spannelement ist sehr hoch und dessen Montage ist relativ aufwendig. Diese Verbindung enthält viele Einzelteile und ist insgesamt nur mit großem Aufwand zu montieren. Durch die Vielzahl der Einzelteile und deren teilweise hohem Fertigungsaufwand ist eine derartige Verbindung darüber hinaus teuer.Such an articulated connection of two pipes of an exhaust system is described for example in DE 27 22 052 A1. With this articulated Connection is the end of a pipe of the exhaust system expanded spherically. The free end of this spherically widened tube is from a flange plate comprises, which is connected to a further pipe and which for receiving the spherical end section a corresponding spherical section-shaped inner contour having. To seal the connection between the pipe end and the An inserted sealing ring is provided for the flange piece. The spherical end section of the tube used is on the side facing away from the flange spherical end piece of a clamping element, which also at least has a corresponding spherical segment shape at the end and with the flange plate is screwed. Such a connection is expensive to manufacture, in particular the manufacturing costs for those connected to the further pipe Flange plate is very high. The manufacturing effort for the clamping element is also very high and its assembly is relatively complex. This connection contains many Individual parts and can only be assembled with great effort. Because of the variety the individual parts and their sometimes high manufacturing costs are such Connection also expensive.

Aus der DE-AS 20 35 757 ist eine weitere gelenkige Verbindung zweier Rohre einer Abgasanlage bekannt, bei der ein Rohr mit zwei kugelabschnittförmigen Endstücken versehen ist, die jeweils in eine zylindrige Ausnehmung eines weiterführen Rohrstückes eingesetzt sind. Zur Abdichtung der gelenkigen Verbindung ist ein mit dem Außenrohr verbundenes gewelltes Schlauchelement vorgesehen. Das Schlauchelement ist mit einer Schelle am Außenrohr befestigt. Eine Befestigung des Innenrohres mit dem kugelabschnittförmigen Endstück im Außenrohr ist nicht vorgesehen.From DE-AS 20 35 757 another articulated connection of two pipes is one Exhaust system known in which a tube with two spherical segment-shaped end pieces is provided, each of which lead into a cylindrical recess Pipe piece are used. A seal is used to seal the articulated connection corrugated hose element connected to the outer tube is provided. The The hose element is attached to the outer tube with a clamp. An attachment of the Inner tube with the spherical segment-shaped end piece in the outer tube is not intended.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine gelenkige Verbindung zweier Rohre einer Abgasanlage so weiterzubilden, daß diese besonders einfach aufgebaut, einfach zu montieren und kostengünstig herzustellen ist.The invention is based on the object, an articulated connection to further develop two pipes of an exhaust system so that they are particularly simple constructed, easy to assemble and inexpensive to manufacture.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Wenn das Spannelement das Außenrohr und das Innenrohr zumindest teilweise umgreift, ist durch die entsprechende radial nach innen gerichtete Spannwirkung eine feste und dichte Verbindung zwischen den beiden Rohrendstücken möglich. Ein Verformen bzw. Zusammendrücken insbesondere des Innenrohres wird durch eine in das Innenrohr eingesetzte Verstärkungshülse verhindert.This object is achieved with the characterizing features of Main claim solved. If the clamping element the outer tube and the inner tube encompasses at least partially, is radially inwardly directed by the corresponding one Clamping effect a firm and tight connection between the two pipe end pieces possible. A deformation or compression of the inner tube in particular prevented by a reinforcement sleeve inserted into the inner tube.

Die Verbindung der beiden Rohre kommt ohne zusätzliche Dichtmittel aus, wenn das Innenrohr mindestens zwei Abschnitte mit unterschiedlichen Kugelradien aufweist, von denen der dem freien Ende des Innenrohrs zugewandte erste Abschnitt an seiner Außenseite den gleichen Kugelradius aufweist wie das Außenrohr an der Innenseite seines freien Endes.The connection of the two pipes requires no additional sealant if that Inner tube has at least two sections with different spherical radii, from which the first section facing the free end of the inner tube at its Outside has the same sphere radius as the outside tube on the inside of its free end.

Die Verbindung der beiden Rohre läßt sich leicht zusammenbauen und justieren, wenn das Spannelement als Kugelschelle mit kugelabschnittförmigen Innenseiten ausgebildet ist, die den entsprechenden Außenseiten der beiden Rohrelemente entsprechen.The connection of the two pipes can be easily assembled and adjusted if the clamping element as a ball clip with spherical section-shaped inner sides is formed, the corresponding outer sides of the two tubular elements correspond.

Eine derartige Kugelschelle ist besonders einfach zu fertigen und zu montieren, wenn das Innenrohr mindestens zwei Abschnitte mit unterschiedlichen Kugelradien aufweist. Der dem freien Ende des Außenrohres zugewandte erste Abschnitt hat in vorteilhafter Weise an seiner Außenseite den gleichen Kugelradius wie das Außenrohr an dessen Innenseite. Der zweite Kugelabschnitt des Innenrohres hat weiterhin den gleichen äußeren Kugelradius wie das Außenrohr. Die Kugelschelle kann dann mit gleichbleibendem inneren Kugelradius geformt werden. Dies führt einerseits zu einer Vereinfachung in der Fertigung, andererseits ist die Kugelschelle verdrehsicher, da im Montagezustand keine definierte Zuordnung gegeben ist und ein Verdrehen der Kugelschelle bzw. ein Vertauschen der beiden Stirnseiten ohne Auswirkungen ist.Such a ball clamp is particularly easy to manufacture and assemble if the inner tube has at least two sections with different spherical radii. The first section facing the free end of the outer tube has an advantage Way on its outside the same radius of the sphere as the outer tube on it Inside. The second spherical section of the inner tube still has the same outer sphere radius like the outer tube. The ball clamp can then be used constant inner ball radius are formed. On the one hand, this leads to a Simplification in production, on the other hand, the ball clamp is non-rotatable because in Installation state there is no defined assignment and a twisting of the Ball clamp or swapping the two end faces has no effect.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.Further advantages and advantageous developments of the invention result from the Subclaims and the description.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung näher erläutert. Letztere zeigt inAn embodiment of the invention is in the following description and Drawing explained in more detail. The latter shows in

Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Ende des einen Rohres, Fig. 1 shows a longitudinal section through the end of one tube,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Ende des zweiten Rohres, Fig. 2 is a longitudinal section through the end of the second tube,

Fig. 3 eine Ansicht der gelenkigen Verbindung teilweise im Schnitt. Fig. 3 is a view of the articulated connection partially in section.

In einer nicht näher dargestellten Abgasanlage der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges sind zwei Rohre 1, 2 mit einem Spannelement 3, so miteinander verbunden, daß sie bei der Montage innerhalb eines definierten Grenzbereiches gegeneinander in jede Raumrichtung abgewinkelt werden können. Nach endgültiger Befestigung des Spannelementes, d. h. nach erfolgter Montage, ist jedoch eine feste und dichte Verbindung der beiden Rohre 1, 2 gegeben. Das Rohr 1 ist dazu an seinem freien Ende 4 so aufgeweitet, daß seine Innenseite 5 die Form eines Kugelabschnittes aufweist, dessen Kugelradius mit R1 bezeichnet ist. Dieser Kugelabschnitt ist so ausgebildet, daß er im Bereich des Rohrendes seinen größten Umfang hat. Der Mittelpunkt M1 des Kugelabschnittes liegt auf der Rohrachse 6, aber vor dem freien Ende 4 bzw. außerhalb des Rohres 1. Das entsprechend geformte freie Ende 4 des Rohres 1 ist das Außenrohr 7 der gelenkigen Verbindung, in die das als Innenrohr 8 ausgebildete freie Ende 9 des anderen Rohres 2 eingesetzt ist. Das freie Ende 9 des Rohres 2 ist dazu von seiner Stirnseite beginnend so aufgeweitet, daß seine Außenkontur als Kugelabschnitt ausgebildet ist, wobei der Außenradius R2 dem Innenradius R1 der Innenseite 5 des Rohres 1 entspricht. Das als Innenrohr 8 kugelabschnittförmig ausgebildete freie Ende 9 des Rohres 2 ist - wie bereits zuvor angeführt - in das ebenfalls kugelabschnittförmig ausgebildete freie Ende 4 des Rohres 1 eingesetzt.In an exhaust system, not shown, of the internal combustion engine of a motor vehicle, two pipes 1 , 2 are connected to one another by a tensioning element 3 such that they can be angled against one another in any spatial direction during assembly within a defined limit range. After final fastening of the tensioning element, ie after assembly, a firm and tight connection of the two pipes 1 , 2 is given. The tube 1 is widened at its free end 4 so that its inside 5 has the shape of a spherical section, the sphere radius of which is designated R1. This spherical section is designed so that it has its greatest circumference in the region of the pipe end. The center point M1 of the spherical section lies on the tube axis 6 , but in front of the free end 4 or outside the tube 1 . The correspondingly shaped free end 4 of the tube 1 is the outer tube 7 of the articulated connection, into which the free end 9, formed as an inner tube 8 , of the other tube 2 is inserted. For this purpose, the free end 9 of the tube 2 is widened starting from its end face in such a way that its outer contour is designed as a spherical section, the outer radius R2 corresponding to the inner radius R1 of the inside 5 of the tube 1 . The free end 9 of the tube 2, which is designed as an inner tube 8 in the form of a spherical segment, is — as already mentioned above — inserted into the free end 4 of the tube 1 , which is also designed in the form of a spherical segment.

Im Bereich seines größten Außenumfanges, d. h. im Bereich einer Ebene E, die senkrecht auf der Rohrachse 10 steht und den Mittelpunkt M2 des Kugelabschnittes enthält, ist das freie Ende 9 des Rohres 2 in einer Stufe 11 aufgeweitet. Der daran angrenzende Kugelabschnitt 12 weist daher einen größeren Kugelradius auf Dieser Kugelabschnitt 12 ist so ausgebildet, daß er sich von der Stufe 11 ausgehend in seinem Umfang verkleinert. Der äußere Kugelradius R3 dieses Kugelabschnittes 12 entspricht dem äußeren Kugelradius R4 des Rohres 1. In diesem Ausführungsbeispiel haben die beiden Rohre 1, 2 die gleiche Wandstärke d. Die Kugelradien R3, R4 einerseits und die Kugelradien R1, R2 andererseits differieren um diese Wandstärke d. Es ist jedoch auch möglich, um beispielsweise eine linienförmige Berührung bzw. Abdichtung zu ermöglichen, insbesondere die Kugelradien R1 und R2, aber auch die Radien R3 und R4, leicht unterschiedlich auszuführen.In the area of its largest outer circumference, ie in the area of a plane E which is perpendicular to the tube axis 10 and contains the center M2 of the spherical section, the free end 9 of the tube 2 is widened in a step 11 . The adjoining spherical section 12 therefore has a larger spherical radius. This spherical section 12 is designed in such a way that, starting from step 11 , its circumference is reduced. The outer spherical radius R3 of this spherical section 12 corresponds to the outer spherical radius R4 of the tube 1 . In this embodiment, the two tubes 1 , 2 have the same wall thickness d. The ball radii R3, R4 on the one hand and the ball radii R1, R2 on the other hand differ by this wall thickness d. However, it is also possible, for example, to enable a line-shaped contact or seal, in particular the ball radii R1 and R2, but also the radii R3 and R4, to be designed slightly differently.

Das freie Ende 4 und das freie Ende 9 der beiden Rohre 1, 2 werden von einer als Spannelement 3 wirkenden Schelle 13 umfaßt, deren Innenseite 14 als Kugelabschnitt geformt ist und deren innerer Kugelradius R5 den äußeren Kugelradien R3, R4 des Innenrohres 8 bzw. des Außenrohres 7 entspricht. Das Spannelement 3 bzw. die Kugelschelle 13 wird durch eine nur schematisch dargestellte, an sich bekannte, etwa tangential verlaufende Spannschraube 15 so zusammengezogen, daß radial nach innen wirkende Spannkräfte auf die Verbindung einwirken. Die übereinanderliegenden Kugelabschnitte der beiden Rohre 1 und 2 werden damit zusammengepreßt.The free end 4 and the free end 9 of the two tubes 1 , 2 are encompassed by a clamp 13 acting as a tensioning element 3 , the inside 14 of which is shaped as a spherical section and the inner spherical radius R5 of the outer spherical radii R3, R4 of the inner tube 8 and Outer tube 7 corresponds. The tensioning element 3 or the ball clamp 13 is drawn together by a schematically illustrated, known, approximately tangential tensioning screw 15 such that tensioning forces acting radially inwards act on the connection. The superimposed spherical sections of the two tubes 1 and 2 are thus pressed together.

Um bei der Montage und im Betrieb der gelenkigen Verbindung ein Zusammendrücken und damit Undichtwerden der Verbindung zu vermeiden, ist in das Innenrohr 8 eine Verstärkungshülse 16 eingesetzt, deren Außenkontur der Innenkontur des Rohres 2 im Verbindungsbereich entspricht. Durch diese Verstärkungshülse 16 wird der wirksame Materialquerschnitt im Bereich der Verbindungsstelle auf einfache Weise erhöht, so daß damit der Widerstand gegen Verformung höher wird bzw. höhere Spannkräfte aufbringbar sind. Die Verstärkungshülse 16 ist bei der Fertigung des Rohres zylinderförmig, wobei ihr Außendurchmesser im Rohzustand dem Innendurchmesser des Rohres 2 im Rohzustand entspricht. Durch einen an sich bekannten Rollvorgang werden das freie Ende 9 des Rohres 2 und die eingesetzte Verstärkungshülse 16 gleichzeitig in die vorgegebene Kugel- bzw. Kugelabschnittform gebracht. Um ein Verschieben der Verstärkungshülse 16 beim Verformen zu verhindern, ist diese vor dem Verformprozeß an der Innenseite des Rohres 2 fixiert. Dies kann beispielsweise durch Punktschweißen erfolgen.In order to avoid compression and thus leakage of the connection during assembly and operation of the articulated connection, a reinforcing sleeve 16 is inserted into the inner tube 8 , the outer contour of which corresponds to the inner contour of the tube 2 in the connection area. By means of this reinforcing sleeve 16 , the effective material cross section in the area of the connection point is increased in a simple manner, so that the resistance to deformation becomes higher or higher clamping forces can be applied. The reinforcing sleeve 16 is cylindrical in the manufacture of the tube, its outer diameter in the raw state corresponding to the inner diameter of the tube 2 in the raw state. By means of a rolling process known per se, the free end 9 of the tube 2 and the reinforcing sleeve 16 used are simultaneously brought into the predetermined spherical or spherical segment shape. In order to prevent the reinforcing sleeve 16 from shifting during shaping, it is fixed to the inside of the tube 2 before the shaping process. This can be done, for example, by spot welding.

Claims

1. Articulated connection of two pipes ( 1 , 2 ) of the exhaust system of an internal combustion engine, each with a free end ( 4 , 9 ), of which, in the connected state, a free end ( 9 ) designed as an inner pipe ( 8 ) on its outside, the other than Outer tube formed free end ( 4 ) is formed on its inside spherical section, and both free ends are connected to a clamping element ( 3 , 13 ), characterized in that the clamping element engages around the free ends of the tubes, and that in the inner tube in the area of A reinforcement sleeve ( 16 ) is used in the connection point, the outer contour of which corresponds to the inner contour of the inner tube.

2. Articulated connection according to claim 1, characterized in that the inner tube ( 8 ) has at least two sections ( 8 , 11 , 12 ) with different ball radii, of which the free end ( 4 ) of the outer tube ( 7 ) facing the first section ( 8 ) has at least approximately the same spherical radius (R2) on its outside as the outer tube ( 7 , R1) on the inside ( 5 ) of its free end ( 4 ).

3. An articulated connection according to claim 2, characterized in that the outer tube (7) engages around the inner tube (8) arranged at the free end (9) spherical section at least partially.

4. Articulated connection according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping element ( 3 ) is designed as a ball clip ( 13 ).

5. Articulated connection according to one of the preceding claims, characterized in that the second spherical section ( 12 ) of the inner tube has at least approximately the same outer spherical radius (R3) as the outer tube ( 7 , R4).