DE19708392A1 - Abgaskrümmerflansch für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgaskrümmerflansch für eine Brennkraftmaschine mit Abgasstutzen und mit Befe­ stigungsmitteln.

Aus dem Stand der Technik sind Abgaskrümmer bekannt, die als Gußteile ausgebildet sind und einen angegosse­ nen Flansch aufweisen.

Diese bekannten Abgaskrümmerflansche haben jedoch den Nachteil, daß sie ein hohes Gewicht aufweisen und ihre Herstellung relativ teuer ist. Aus dem hohen Gewicht der bekannten Abgaskrümmerflansche resultiert der wei­ tere Nachteil, daß diese in der Startphase der Brenn­ kraftmaschine dem Abgas zuviel Wärme entziehen, so daß der nachgeschaltete Katalysator das Abgas nur verzö­ gert konvertieren kann.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Abgaskrümmerflan­ sche ist, daß das hohe Gewicht und der weit von der Brennkraftmaschine entfernte Schwerpunkt des Abgas­ krümmerflansches zu unerwünschten Schwingungen der Brennkraftmaschine führt. Dies ist insbesondere bei aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen hergestellten Brennkraftmaschinen problematisch.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Abgaskrüm­ merflansch zu schaffen, der ein niedriges Gewicht auf­ weist und somit zur Verbrauchsreduzierung der Brenn­ kraftmaschine beitragen kann. Weiterhin soll der Ab­ gaskrümmerflansch dazu beitragen, die verschärften Bedingungen der neuen Abgasgesetze erfüllen zu können, niedrigere Fertigungskosten aufweisen und darüber hin­ aus trotz seines geringen Gewichtes eine ausreichende Biegesteifigkeit aufweisen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Durch das erfindungsgemäße Basisteil aus Stahlblech ergibt sich ein erheblich verringertes Gewicht des gesamten Abgaskrümmerflansches, da das Stahlblech sehr dünn ausgebildet sein kann. Um dennoch eine hohe Stei­ figkeit zu erreichen, ist das Basisteil erfindungsge­ mäß an seiner Außenkontur bzw. umlaufend mit einer Umbördelung versehen. Durch die Umbördelungen, mit denen auch die Aufnahmebohrungen versehen sind, ergibt sich vorteilhafterweise eine weitere Erhöhung der Steifigkeit, insbesondere der Biegesteifigkeit, des erfindungsgemäßen Abgaskrümmerflansches.

Weiterhin ist von Vorteil, daß durch die fest in die Aufnahmebohrungen eingesetzten Abgasrohre eine dichte Verbindung zur Ausleitung von Abgas aus einer Brenn­ kraftmaschine entsteht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig be­ schriebenen Ausführungsbeispiel.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Abgaskrümmerflansch;

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II aus Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III aus Fig.

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung gemäß der Linie IV aus Fig. 3; und

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V aus Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 ist ein Abgaskrümmerflansch 1 mit einem Basisteil 2, welches eine umlaufende Umbördelung 3 aufweist, dargestellt.

Weiterhin befinden sich in dem Basisteil 2 Aufnahme­ bohrungen 4 für Abgasrohre bzw. Abgasstutzen 5. Die Aufnahmebohrungen 4 sind ebenfalls mit Umbördelungen 6 versehen, welche ringförmig um die Aufnahmebohrungen 4 angeordnet sind.

Zur Befestigung des Abgaskrümmerflansches 1 an einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine befinden sich Befestigungsmittel mit Bohrungen 7 in dem Basisteil 2. Zur Gewichtsersparnis ist das Basisteil 2 zwischen den Aufnahmebohrungen 4 mit zusätzlichen Zwischenausspa­ rungen 8 versehen. Um die Steifigkeit des Abgaskrüm­ merflansches 1 zu erhöhen, weisen die Zwischenausspa­ rungen 8 ähnlich wie das Basisteil 2 und die Aufnahme­ bohrungen 4 Umbördelungen 9 auf.

Die gestrichelte Linie in Fig. 1 stellt dar, daß die Zwischenaussparungen 8 derart in dem Basisteil 2 ange­ bracht sind, daß die verbleibenden Restflächen die Form von Einzelflanschen 10 haben. Dies stellt eine weitere Optimierung der Steifigkeit des Abgaskrümmer­ flansches 1 dar.

In einer weiteren - nicht dargestellten - Ausführungs­ form des Abgaskrümmerflansches 1 ist es möglich, daß das Basisteil 2 durch Prägestanzen umgeformt wird, um die Steifigkeit des Abgaskrümmerflansches 1 zusätzlich zu erhöhen. Darüber hinaus ist es möglich, das Basi­ steil 2 durch Planierstanzen mit einem nicht darge­ stellten glatten oder ges tauchten Planierstempel zu richten und/oder den gesamten Abgaskrümmerflansch 1 kugelzustrahlen. Eine solche Maßnahme trägt vor allem zur Erhöhung der Dauerfestigkeit bei.

In Fig. 2 ist zusätzlich zu der Darstellung gemäß Fig. 1 die Verschweißung der Abgasstutzen 5 mit den Aufnah­ mebohrungen 4 an den Umbördelungen 6 dargestellt. Die­ se Verschweißung wird von der einer - nicht darge­ stellten - Brennkraftmaschine zugewandten Seite des Abgaskrümmerflansches 1 durchgeführt. Dabei können die Aufnahmebohrungen 4 sehr maßgenau hergestellt werden. Die Aufnahmebohrungen 4 können z. B. mit einer Toleranz im H7-Bereich ausgeführt sein und die Abgasstutzen 5 geringes Übermaß aufweisen. Die dadurch entstehende Preßpassung erhöht die Dauerfestigkeit der Schweißver­ bindung. Weiterhin sind in Fig. 2 die Erstreckungen bzw. Höhen sowie die Wanddicken der Umbördelungen 3, 6 und 9 erkennbar.

Die Umbördelungen 3, 6 und 9 werden durch Kaltumfor­ mung abgestreckt, wobei durch den Umformgrad die Größe der Erstreckung der Umbördelungen 3, 6 und 9 beein­ flußt werden kann. Es kommt dabei zu einer Kaltverfe­ stigung der Umbördelungen 3, 6 und 9. Die Biegestei­ figkeit der Umbördelungen 3, 6 und 9 erreicht bei ei­ ner ca. zwei bis vier mal so großen Erstreckung der Umbördelungen 3, 6 und 9 bezogen auf die Wandstärke des Basisteils 2 einen optimalen Wert. In der Praxis liegt die Wandstärke des Basisteils 2 bei 2-4 mm, wohingegen die Umbördelungen 3, 6 und 9 eine Erstreckung von 6-10 mm aufweisen.

Die durch die Umformung entstehenden Schnittkanten an dem Abgaskrümmerflansch 1 können durch Anformen von nicht dargestellten Radien abgerundet werden, womit die Verletzungsgefahr durch scharfe Kanten vermindert werden kann. Zusätzlich können in einer - nicht darge­ stellten - Ausführungsform der Erfindung die Oberkan­ ten der Umbördelungen 3, 6 und 9 umgeschmolzen oder auflegiert werden. Dies trägt zu einer zusätzlichen Erhöhung der Biegesteifigkeit des Abgaskrümmerflan­ sches 1 bei.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch den Abgaskrümmer­ flansch 1, wobei eine umlaufende Erhebung 11 an der der Brennkraftmaschine zugewandten Unterseite des Ba­ sisteils 2 dargestellt ist. Die umlaufende Erhebung 11 bildet mit der Wand der Brennkraftmaschine eine Dicht­ fläche, wobei dazu keine zusätzlichen Dichtmittel be­ nötigt werden. Der Abgaskrümmerflansch 1 liegt dann nämlich nicht mit seiner gesamten Fläche an der Brenn­ kraftmaschine an, wodurch der Druck an der Dichtfläche um ein mehrfaches ansteigt. Diese Abdichtung kann da­ durch verbessert werden, daß die umlaufende Erhebung 11 konvex oder kegelförmig ausgebildet ist. Die Höhe der umlaufenden Erhebung 11 liegt meist zwischen 0,1-2 mm. Durch die umlaufende Erhebung 11 verringert sich die Wärmeaufnahme des Abgaskrümmerflansches 1 in der Startphase der Brennkraftmaschine.

Will man jedoch eine zusätzliche Dichtung erhalten, ist es möglich, die umlaufende Erhebung 11 mit einer umlaufenden Vertiefung 12 zu versehen. In die Vertie­ fung 12 kann ein nicht dargestellter Dichtungsring oder ein beliebiges anderes Dichtmittel eingesetzt werden, welches sehr einfach ausgebildet sein kann.

Die Erhebung 11 sowie die darin eingeformte Vertiefung 12 sind in der vergrößerten Darstellung gemäß Fig. 4 genauer erkennbar.

Um den Wärmedurchgang zwischen dem Abgaskrümmerflansch 1 und der Brennkraftmaschine zu verringern, ist die Dichtfläche mit einer nicht dargestellten Keramikbe­ schichtung versehen.

Für das Rohmaterial des Abgaskrümmerflansches 1 können verschiedene Werkstoffe verwendet werden, unter ande­ rem auch Stahlblech mit mehreren Blechschichten und unterschiedlichen Walzrichtungen. Durch eine gezielte Werkstoffauswahl können die Wärmeausdehnungskoeffizi­ enten zwischen dem Abgaskrümmerflansch 1 und der Brennkraftmaschine abgestimmt werden. Es ist daher im Rahmen der Erfindung selbstverständlich auch ein Ab­ gaskrümmerflansch aus Aluminium oder einer Aluminium- bzw. Magnesiumlegierung denkbar.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch den Abgaskrümmer­ flansch 1, wobei zwei verschiedene Ausführungsformen der Umbördelung 9 dargestellt sind.

Claims (11)

1. Abgaskrümmerflansch für eine Brennkraftmaschine mit Abgasstutzen und mit Befestigungsmitteln, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

1.1 ein Basisteil (2) aus Stahlblech,
1.2 das Basisteil (2) ist mit einer Umbördelung (3) versehen, die sich wenigstens annähernd über die gesamte Außenkontur des Basisteiles (2) erstreckt,
1.3 Aufnahmebohrungen (4) für die Abgasstutzen (5) in dem Basisteil (2), die mit Umbörde­ lungen (6) versehenen sind,
1.4 die Abgasstutzen (5) sind fest in die Auf­ nahmebohrungen (4) eingesetzt und
1.5 die Befestigungsmittel weisen Bohrungen (7) auf, die in dem Basisteil (2) angeordnet sind.

2. Abgaskrümmerflansch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasrohre (5) in das Basisteil (2) einge­ schweißt sind.

3. Abgaskrümmerflansch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Basisteil (2) zwischen den Aufnahmebohrun­ gen (4) Zwischenaussparungen (8) angeordnet sind.

4. Abgaskrümmerflansch nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenaussparungen (8) mit Umbördelungen (9) versehen sind.

5. Abgaskrümmerflansch nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenaussparungen (8) so ausgebildet sind, daß die verbleibende Restfläche für jede Aufnah­ mebohrung (4) jeweils wenigstens annähernd eine Einzelflanschform (10) aufweist.

6. Abgaskrümmerflansch nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umbördelungen (3, 6, 9) jeweils eine ca. 2 bis 4 mal so große Erstreckung aufweisen wie die Wandstärke des Basisteiles (2).

7. Abgaskrümmerflansch nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der der Brennkraftmaschine zugewandten Seite des Basisteiles (2) eine als Dichtfläche ausge­ bildete umlaufende Erhebung (11) angeordnet ist.

8. Abgaskrümmerflansch nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Erhebung (11) konvex oder kegel­ förmig ausgebildet ist.

9. Abgaskrümmerflansch nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß in die umlaufende Erhebung (11) eine Vertiefung (12) eingeformt ist.

10. Abgaskrümmerflansch nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtfläche mit einer Keramikbeschichtung versehen ist.