DE19637468C2 - Flanschartiges Verbindungs- und Dichtungsbauteil und Flanschsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein flanschartiges Verbindungs- und Dichtungsbauteil für Rohre, Rohranschlüsse oder dergleichen, insbesondere für Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen, beispielsweise zum Anschluß der Rohrzusammenführung oder der Zwischenschaltung eines Katalysators oder Schalldämpfers gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die für die Serienfertigung von Abgasanlagen verwendeten flanschartigen Bauteile sind im allgemeinen einstückig ausgebildet, wobei die Bauteile im Normalfall mittels der kostengünstigen Feinschneidstanztechnik hergestellt werden. In besonderen Anwendungsfällen sind jedoch flanschartige Bauteile aus einem hochwertigen Material, z. B. einem hitzebeständigen hochlegierten Edelstahl oder dergleichen erforderlich. In diesem Fall besteht das Bauteil aus einem einstückigen Schmiedeteil, das in der Weiterverarbeitung nicht beispielsweise mittels der kostengünstigen Feinschneidstanztechnik, sondern durch Bearbeitung mittels einer CNC-Drehmaschine abgedreht und gebohrt werden muß. Diese Bearbeitung ist nicht nur Zeit- und kostenaufwendig, sondern auch in Bezug auf den Materialeinsatz aufwendig, da aufgrund der einstückigen Ausbildung das gesamte Bauteil aus demjenigen Werkstoff hergestellt ist, der zur Einhaltung der Anforderungen der jeweiligen Applikation geeignet ist.

Ein flanschartiges Verbindungs- und Dichtungsbauteil für Rohre, von welchem der Oberbegriff des Anspruches 1 ausgeht, ist aus der DE-PS 557 639 bekannt. Dabei ist an den Enden der zu verbindenden Rohre je eine Buchse angeschweißt, welche in eine Bördelung übergeht. Die Bördelungen der Buchsen werden gegen einen dazwischenliegenden Dichtungskörper gedrückt. Auf den zu verbindenden Rohrstücken sitzen Flanschteile, welche mittels Befestigungsmitteln gegeneinander verspannbar sind. Die Flansche können aus gewöhnlichem Werkstoff bestehen, während die Buchsen aus nichtrostendem Stahl hergestellt sind. Die bekannte Verbindung erweist sich jedoch von ihrer Herstellung her als sehr aufwendig.

Aus der GB 1 193 305 A ist eine Verbindung für Pipelineflansche bekannt, wobei die Verbindung der Rohrstücke über Flansche erfolgt. Die Flansche sind mit dem zugeordneten Rohrstück verbunden. Im Bedarfsfalle können die Flansche über eine Einlage aus korrosionsbeständigem Metall auf den zugeordneten Rohren angebracht sein. Die Flansche werden über Schraubbolzen zusammengehalten.

Aus der DD-PS 84 542 ist ein Flanschanschluß für eine Rohrverbindung in Hochdruckanlagen der chemischen Industrie bekannt, wobei auf die zu verbindenden Rohrenden jeweils eine Buchse aufgeschraubt und nachfolgend festaufgeschraubt ist. Die Buchse weist ein Außengewinde auf, auf welchem der äußere Flansch aufschraubbar ist. Die Verbindung der Rohre ist mittels Schraubbolzen durch die aneinandergrenzenden Flansche bewerkstelligt.

Schließlich ist aus der US 3,752,599 eine Metall- Metallrohrdichtung bekannt, wobei auf die zu verbindenden Rohrstücke Metallringe aufgebracht sind, welche aneinander angepaßte Anlageflächen aufweisen. An den Metallringen befinden sich wiederum radial äußere Flansche, welche mittels Schraubbolzen zusammengehalten sind. In Haltestellung stützen sich die Flansche formschlüssig an den zugeordneten Halteringen ab.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Bauteil der eingangs genannten Art zu schaffen, welches einfach und kostengünstig herstellbar sowie den individuellen Anforderungen der jeweiligen Applikation unaufwendig anpaßbar ist.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch ein flanschartiges Verbindungsteil mit den Merkmaien des Anspruchs 1 gelöst.

Dadurch, daß das Flanschteil im Wege des Feinschneidstanzens hergestellt ist, ergibt sich bei großer Form- und Maßgenauigkeit der in einem einzigen Arbeitsvorgang hergestellten Teile eine hohe Qualität bei sehr niedrigen Fertigungskosten. Das Feinschneidstanzen ist ein Arbeitsverfahren der Stanztechnik und kommt beispielsweise bei Band- oder Baustahl, bislang weniger bei hitzebeständigen, hochlegierten Stahlsorten zur Anwendung. Die erzeugten Teile weisen ein glatte, ein- und abrißfreie Schnittfläche auf. Weiterhin lassen sich mit diesem Verfahren engste Maß- und Planheitstoleranzen erzielen. Demgegenüber ist es bei den aus dem Stand der Technik bekannten einstückigen Flanschteilen aus hitzebeständigem, hochlegiertem Stahl bisher erforderlich, auch den Bereich des Flansches, dem im wesentlichen nur eine Befestigungsfunktion zukommt, mit kostenaufwendigen Verfahren, beispielsweise auf entsprechenden Maschinen einzeln aufzuspannen und mechanisch zu bearbeiten.

Durch die zweigeteilte Ausführung des Verbindungs- und Dichtungsbauteils und der unterschiedlichen Materialauswahl lassen sich die Werkstoffkosten reduzieren. Der Werkstoff, aus dem die Buchse hergestellt ist, richtet sich selbstverständlich nach den Anforderungen, die beispielsweise bei einer Abgasanlage an das Dichtelement im Hinblick auf Dichtigkeit, Wärmeableitung oder dergleichen gefordert werden. Demgegenüber kann das äußere Flanschteil aus einem Material geringerer Güte hergestellt werden, da diesem Bauteil im wesentlichen nur eine Befestigungsfunktion, nicht aber eine Dichtfunktion beziehungsweise Wärmeableitfunktion oder dergleichen zukommt. Die Buchse kann als Einsatz ausgebildet sein. Durch die feste Verbindung von Flanschteil und Buchse wird ein Verdrehen der Buchse gegenüber dem Flanschteil verhindert.

Dabei ist nach einer ersten, besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung das äußere Flanschteil als universell verwendbares Standardbauteil ausgebildet und das Material sowie die Geometrie der Buchse bzw. des Einsatzes den individuellen Erfordernissen angepaßt. Hierdurch wird eine Art Baukastensystem zur Verfügung gestellt, durch welches der Aufwand für die Lagerhaltung, Bevorratung oder dergleichen gering gehalten werden kann. Während das äußere Flanschteil in der Praxis in einer einzigen oder nur wenigen, unterschiedlichen Ausführungsformen ausgebildet sein kann, kann die Buchse entsprechend dem jeweiligen Anwendungsfall ausgestaltet werden, beispielsweise bezüglich der Krümmung der Dichtflächen und der Länge des Buchsenteils.

Des weiteren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß die Buchse bzw. der Einsatz insbesondere aus Stabstahlmaterial als Drehteil, insbesondere vollautomatisch auf einer CNC-Maschine oder dergleichen, gefertigt ist. Somit kann auch die Buchse auf einer CNC-Maschine ebenso wie das äußere Flanschteil auf einer Feinschneidstanzmaschine vollautomatisch und somit kostengünstig gefertigt werden. Herkömmliche flanschartige, als Schmiedeteile ausgebildeten Bauteile müssen zur Bearbeitung einzeln aufgespannt und abgedreht werden.

Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Buchse bzw. der Einsatz insbesondere mittels einer Rändelung, Passung, mittels Formschluß oder ggf. auch lose in dem Flanschteil verpreßt. Aufgrund dieser Verbindungstechnik für die beiden Teile ist ein fester Sitz der Buchse in dem Flanschteil gewährleistet, wobei auch insbesondere bei starker Erwärmung der Buchse auf Temperaturen von 400°C und mehr, den eine Abgasanlage bei Betriebstemperatur zumindest teilweise ausgesetzt ist, ein Verdrehen der Buchse bezüglich des Flanschteils sicher verhindert ist. Der feste Sitz wird insbesondere auch durch eine entsprechende Übermaßpassung gewährleistet.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung besteht eine alternative Verbindungstechnik darin, daß die Buchse mit dem Flanschteil durch Schrumpfen verbunden ist.

Für spezielle Anwendungsfälle hat es sich für vorteilhaft erwiesen, daß das Flanschteil aus dem Werkstoff ST 52-3 bzw. QSTE 460 TE oder einem vergleichbaren Werkstoff besteht.

Als Werkstoff für die Buchse hat sich in besonderen Anwendungsfällen X 10 CrAl 7 bzw. 1.4713 oder ein vergleichbarer Werkstoff als vorteilhaft erwiesen.

Die Erfindung betrifft auch ein Flanschsystem mit wenigstens einem erfindungsgemäßen flanschartigen Bauteil, bei dem eine weitere Buchse vorgesehen ist, deren Dichtfläche dem Profil der Dichtfläche der Buchse des Bauteils als entsprechendes Negativprofil angepaßt ist, wobei die weitere Buchse unmittelbar mit einem Gehäuse- oder Maschinenteil oder dergleichen, beispielsweise einem Guß, oder ähnlichem, verbunden ist. Die weitere Buchse kann beispielsweise als Systemlösung daher auch ohne äußeres Flanschteil eingesetzt werden, indem die weitere Buchse zum Beispiel an dem Gußkrümmer bereits werksseitig eingesetzt wird, so daß die Abgasanlage mit einem erfindungsgemäßen flanschartigen Bauteil unmittelbar an dem Krümmer befestigt werden kann, wobei dann die Profile der Dichtflächen der beiden Buchsen miteinander korrespondieren.

Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein Flanschsystem mit zwei erfindungsgemäßen Bauteilen, wobei die Dichtflächen der Buchsen ein aneinander jeweils angepaßtes Profil bzw. Negativprofil aufweisen. Mit einem derartigem Flanschsystem lassen sich Rohre, Rohranschlüsse, Schalldämpfer oder Katalysatoren einfach und sicher miteinander verbinden.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Flanschsystems sind die Dichtflächen korrespondierender Buchsen als ein im wesentlichen kegelig, konkav oder dergleichen geformtes, nach außen gewölbtes Profil sowie entsprechendes Negativprofil ausgebildet. Durch diese Maßnahme wird eine sichere Verbindung und Dichtung der miteinander zu verbindenden Rohre, Rohranschlüsse oder dergleichen gewährleistet.

Desweiteren hat sich nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung als zweckmäßig erwiesen, daß die Buchsen aus dem gleichem Werkstoff bestehen. Durch diese Maßnahme wird eine sichere Verbindung und Abdichtung auch unter unterschiedlichen Temperaturbedingungen erreicht. Ein weiterer Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, daß eine schnelle Wärmeableitung in Richtung des in der Abgasanlage integrierten Katalysators erreicht wird, so daß eine schnelle Aufheizzeit des Katalysators mit der damit einhergehenden, rasch eintretenden Funktionsfähigkeit gewährleistet wird.

Durch die zweiteilige Ausbildung des flanschartigen Bauteils ist erreicht, daß der Werkstoff des äußeren Flanschteils bzw. der Buchse an die Funktion dieser Teile, nämlich Befestigungsfunktion bzw. Dichtungsfunktion, angepaßt werden kann. Dabei besteht das Flanschteil aus einem niederwertigerem Werkstoff, wie Band- oder Baustahl, während die Buchse aus einem temperaturbeständigen, hochlegierten Stahl bestehen kann. Infolgedessen können für die Herstellung des äußeren Flanschteils sowie der Buchse auch unterschiedliche Herstellungsverfahren, insbesondere die vollautomatische Feinschneidstanztechnik für das äußere Flanschteil und die vollautomatische Fertigung der Buchse aus Stabstahlmaterial auf einer CNC-Maschine, eingesetzt werden. Die Verbindung der beiden Preßsitzteile folgt anschließend unter hohem Druck oder durch Schrumpfen. Durch die Übermaßpassung wird ein fester Sitz auch unter den extremen, bei Abgasanlagen vorkommenden Bedingungen, gewährleistet.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele.

Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Abgasanlage mit einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Flanschsystems,

Fig. 2 eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bauteile, wobei das äußere Flanschteil und die Buchse noch nicht miteinander verbunden sind und

Fig. 3 die Bauteile der Fig. 2 nach Verbindung von Flanschteil und Buchse, wobei die Dichtflächen korrespondierender Buchsen einander anliegen.

Das in den Figuren dargestellte flanschartige Verbindungs- und Dichtungsbauteil 10, 11 für Rohre 12, Rohranschlüsse oder dergleichen findet bevorzugt Anwendung bei Abgasanlagen 13 von Kraftfahrzeugen oder dergleichen. So kann mit dem Bauteil 10, 11 beispielsweise ein Katalysator 16 an die Rohre 12 oder auch eine Rohrzusammenführung 14 angeschlossen werden. Das flanschartige Bauteil 10, 11 ist zweistückig ausgebildet und weist einen äußeren Flanschteil 18 auf. Dieser äußere Flanschteil 18 besitzt eine zentrale Aufnahme 20 sowie Bohrungen 22 oder dergleichen für die Anbringung von Befestigungsmitteln, insbesondere Schrauben.

Die Aufnahme 20 des Flanschteils 18 dient der Einbringung einer Buchse 24, 26 bzw. eines Einsatzes. Die Buchse 24, 26 ist aus einem hochwertigen Werkstoff, z. B. hitzebeständigem hochlegierten Stahl hergestellt. Das äußere Flanschteil 18 besteht dagegen aus einem niederwertigeren Werkstoff, wie Band- oder Baustahl. Das Flanschteil 18 sowie die Buchse 24, 26 sind fest miteinander verbunden.

Das Flanschteil 18 ist als universell verwendbares Standardbauteil ausgebildet, während das Material sowie die Geometrie der Buchse 24, 26 den individuellen Erfordernissen angepaßt ist. Das Flanschteil 18 wird bevorzugt mittels der Feinschneidstanztechnik hergestellt, wobei als Werkstoff beispielsweise ST 52-3 (QSTE 460 TE) in Bandform beispielsweise einer Stärke von 14 mm zur Anwendung kommt. Hingegen wird die Buchse 24, 26 als Drehteil gefertigt, wobei beispielsweise der Werkstoff X 10 CrAl 7 (1.4713) in Form von Stabstahl, beispielsweise 65 mm rund, Anwendung findet. Das Flanschteil 18 sowie die Buchse 24, 26 werden jeweils mittels der Feinschneidstanztechnik bzw. mittels Drehen vollautomatisch gefertigt.

Zur Verbindung der Buchse 24, 26 mit dem Flanschteil 18 werden diese Teile unter hohem Druck oder durch Schrumpfen im Preßsitz zusammengefügt. Die Übermaßpassung gewährleistet einen festen Sitz und verhindert ein Verdrehen der Teile selbst bei Temperaturen im Bereich von etwa 400°C oder mehr. Insbesondere kann die Buchse 24, 26 auch mittels einer Rändelung in dem Flanschteil 18 verpreßt werden.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Bauteils 10, 11 bestehen unter anderem in geringen Fertigungskosten, der Möglichkeit, verschiedene Varianten von Buchse 24, 26 und Flanschteil 18 zu kombinieren, in dem Einsatz verschiedene, der jeweiligen Funktion der Teile angepaßten Werkstoffe und in der Möglichkeit, Variantenwechsel der Buchse 24, 26 für die jeweilige Applikation ohne zusätzliche Betriebsmittelkosten durchführen zu können.

Wie insbesondere aus Fig. 1 ersichtlich, kann das Bauteil 10 zusammen mit einer weiteren Buchse 26 ein Flanschsystem 28 bilden. Dabei ist die Dichtfläche 32 der weiteren Buchse 26 der Dichtfläche 30 der Buchse 24 des Bauteils 10 als entsprechendes Negativprofil 36 angepaßt. Die weitere Buchse 26 ist unmittelbar mit einem Gehäuse- oder Maschinenteil 38, beispielsweise einem Gußkrümmer, oder ähnlichem, verbunden, so daß das Bauteil 10 unmittelbar an das Maschinenteil 38 angekoppelt werden kann, wobei die korrespondierenden Dichtflächen 30, 32 der Buchsen 24, 26 dichtend aufeinander liegen.

Das Flanschsystem 29 wird durch zwei Bauteile 10, 11 gebildet, wobei die Dichtflächen 30, 32 der Buchsen 24, 26 ein einander jeweils angepaßtes Profil 34 bzw. Negativprofil 36 aufweisen. Die Dichtflächen 30, 32 sind als im wesentlichen kegelig, konkav oder dergleichen geformtes, nach außen gewölbtes Profil 34 sowie entsprechendes Negativprofil 36 ausgebildet. Von Vorteil bestehen die Buchsen 24, 26 des Flanschsystems 28 bzw. 29 aus dem gleichen Werkstoff.

Bezugszeichenliste

10

flanschartiges Bauteil

11

flanschartiges Bauteil

12

Rohr

13

Abgasanlage

14

Rohrzusammenführung

16

Katalysator

18

Flanschteil

20

Aufnahme

22

Bohrung

24

Buchse

26

Buchse

28

Flanschsystem

29

Flanschsystem

30

Dichtfläche von

24

32

Dichtfläche von

26

34

Profil

36

Negativprofil

38

Maschinenteil

Claims (11)

1. Flanschartiges Verbindungs- und Dichtungsbauteil (10, 11) für Rohre (12), Rohranschlüsse oder dergleichen, insbesondere für Abgasanlagen (13) von Kraftfahrzeugen, beispielsweise zum Anschluß der Rohrzusammenführung (14) oder der Zwischenschaltung eines Katalysators (16) oder Schalldämpfers, wobei das flanschartige Bauteil (10, 11) wenigstens zweistückig ausgebildet ist mit einem äußeren Flanschteil (18), das eine zentrale Aufnahme (20) sowie Bohrungen (22) oder dergleichen für die Anbringung von Befestigungsmitteln aufweist, und mit einer in der Aufnahme (20) angeordneten Buchse (24, 26), wobei die Buchse (24, 26) aus einem hochwertigen Werkstoff, wie hitzebeständigem, hochlegiertem Stahl oder dergleichen, und das äußere Flanschteil (18) aus einem niederwertigeren Werkstoff, wie Band- oder Baustahl oder dergleichen bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß das Flanschteil (18) ein Fein-Stanzteil und mit der Buchse (24, 26) fest verbunden ist, wobei Flanschteil (18) und Buchse (24, 26) als Baukastensystem konzipiert sind.

2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flanschteil (18) als universell verwendbares Standardbauteil ausgebildet und das Material sowie die Geometrie der Buchse (24, 26) den individuellen Erfordernissen angepaßt sind.

3. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (24, 26) insbesondere aus Stabstahlmaterial als Drehteil, insbesondere vollautomatisch auf einer CNC-Maschine oder dergleichen, gefertigt ist.

4. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (24, 26) insbesondere mittels einer Rändelung, Passung, mittels Formschluß oder ggf. auch lose in dem Flanschteil (18) verpreßt ist.

5. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (24, 26) mit dem Flanschteil (18) durch Schrumpfen verbunden ist.

6. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Flanschteil (18) aus dem Werkstoff ST 52-3 bzw. QSTE 460 TE oder einem vergleichbaren Werkstoff besteht.

7. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (24, 26) aus dem Werkstoff X 10 CrAl 7 bzw. 1.4713 oder einem vergleichbarem Werkstoff besteht.

8. Flanschsystem (28) mit wenigstens einem Bauteil (10) nach einen der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine weitere Buchse (26), deren Dichtfläche (32) dem Profil (34) der Dichtfläche (30) der Buchse (24) des Bauteils (10) als entsprechendes Negativprofil angepaßt ist, wobei die weitere Buchse (26) unmittelbar mit einem Gehäuse- oder Maschinenteil (38) oder dergleichen, beispielsweise einem Gußkrümmer oder ähnlichem, verbunden ist.

9. Flanschsystem (29) mit zwei Bauteilen (10, 11) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtflächen (30, 32) der Buchsen (24, 26) ein einander jeweils angepaßtes Profil (34) bzw. Negativprofil (36) aufweisen.

10. Flanschsystem (28, 29) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtflächen (30, 32) der Buchsen (24, 26) als ein im wesentlichen kegelig, konkav oder dergleichen geformtes, nach außen gewölbtes Profil (34) sowie entsprechendes Negativprofil (36) ausgebildet sind.

11. Flanschsystem nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchsen (24, 26) aus dem gleichen Werkstoff bestehen.