DE19858295C1 - Starre Rohrverbindung für Abgasrohre von Brennkraftmaschinen - Google Patents

Abstract

Es wird eine starre Rohrverbindung für Abgasrohre von Brennkraftmaschinen vorgeschlagen, bei der die Rohre mit ihren zu verbindenden Rohrenden sich wechselseitig zentrierend durch axiale Vorspannung miteinander verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine starre Rohrverbindung für Abgas­ rohre von Brennkraftmaschinen.

Abgasrohre von Brennkraftmaschinen sind einer Vielzahl wider­ sprechenster Forderungen ausgesetzt. Bei meist recht kompli­ zierten und langen Abgaswegen und Anbindung einerseits am elastisch aufgehängten Motor und andererseits an der Karosse­ rie des Fahrzeuges sollten sie die Beweglichkeit des Motores gegenüber der Karosserie nicht beeinträchtigen, also entspre­ chende Beweglichkeiten zulassen ungeachtet dessen, daß auf die Karosserie wirkende Stoß- und Beschleunigungskräfte die Lage der Abgasanlage einschließlich ihrer schwereren Teile, wie Schalldämpfer und dergleichen nicht unzulässig verändern können sollen. Ferner muß das Abgasrohrsystem unterschied­ lichsten Schwingungsbeanspruchungen standhalten, ist großen Temperaturschwankungen unterworfen und muß dementsprechende, temperaturbedingte Maßveränderungen möglichst spannungsfrei zulassen. Dies alles bei Anordnung weiter Teile der Abgasan­ lage in Bereichen des Fahrzeuges, die besonders korrosionsge­ fährdet sind und bei, auch unter Gesichtspunkten des Umwelt­ schutzes, immer höheren Anforderungen an die Zuverlässigkeit und Dichtigkeit der gesamten Abgasanlage.

Vor diesem Hintergrund gibt es eine Vielzahl von Lösungen zur gelenkigen Verbindung von Abgasrohren (z. B. US 2323823)sowie auch zur elastischen und schwingungsdämpfenden Verbindung von Abgasrohren (z. B. DE-OS 21 56 713; FR 2530288 A1).

Eine gelenkige Verbindung von Abgasrohren ist auch aus der DE 19 73 737 U1 bekannt, bei der die Dichtung als ringförmiges Zentrierstück ausgebildet ist, das zwischen entsprechend ka­ lottenförmig geformten Rohrenden liegt, die über Flansche ge­ geneinander federnd verspannt sind. Diese Gelenkverbindung soll die Bruchgefahr von im Abgasstrang liegenden, schwin­ gungserregten Rohren reduzieren und gleichzeitig eine ge­ räuschliche Entkupplung bewirken.

Ferner sind starre Rohrverbindungen für Abgasrohre in vielen Varianten bekannt, so beispielsweise aus der DE 38 21 914 A1 in Form einer Steckverbindung, bei der die Enden der zu ver­ bindenden Rohre ineinander gesteckt werden und bei der das aufnehmende Rohr endseitig radial ausgestellt ist und eine schräg nach aussen laufende Flanschfläche bildet, gegen die sich ein aufgesetzter Ringflansch abstützt. Der entsprechen­ de, das eingesteckte Rohr übergreifende Ringflansch bildet durch eine Fase ein korrespondierende Flanschfläche, und zwi­ schen diesen Flanschflächen ist ein Dichtring eingespannt, der gegen den Aussenumfang des eingesteckten Rohres bei axia­ ler Verspannung der beiden Ringflansche abgestützt ist. Der Dichtring ist durch ein ummanteltes, formstabiles Pulverge­ misch gebildet, das sich unter den gegebenen hohen Arbeit­ stemperaturen formlich anpasst. Durch das Einstecken des In­ nenrohres ergibt sich eine Zentrierung, in Anbetracht der kurzen Einstecklänge ist diese aber nicht geeignet, eine win­ kelgerechte Ausrichtung der zu verbindenden Rohre zu gewähr­ leisten und die Flanschverbindung einschliesslich des Dich­ tringes von zur Ausrichtung der Rohre gegeneinander erforder­ lichen Kräften zu entlasten.

Weiter sind Reperaturlösungen zum starren Verbinden von Ab­ gasrohren bekannt. Bei einer derartigen Lösung (DE 88 01 406.1 U1) ist ein Steckverbinder in Form eines nach beiden Seiten konisch auslaufenden Rohres vorgesehen, der längsmit­ tig aussenseitig einen radial auskragenden Ringbund aufweist und der, in der Bruchstelle zwischen die Rohre eingeschoben, nach Zusammenschieben der Rohre und Aufschieben derselben auf die konischen Enden des Steckverbinders die durch den Bruch getrennten Rohre dichtend verbinden soll.

Reparaturlösungen sind teilweise auch in jenen Fällen einzu­ setzen, bei denen konstruktive und bauraumbedingte Einengun­ gen am Fahrzeugboden sowie Transportgegebenheiten Probleme bedingen, die eine Trennung von Abgasrohren erforderlich ma­ chen, so dass nur die Aufgabe gestellt ist, eine dem Ur­ sprungszustand entsprechende Situation wieder herzustellen, nämliche eine einem durchlaufenden Rohr entsprechende starre Verbindung, wie sie unlösbar auch durch Schweissen herzustel­ len wäre.

Eine solche Reparaturlösung betrifft die DE 39 10 387 C1, die von einem einteiligen Rohrstrang ausgeht, der auf eine mögli­ che Auftrennung vorbereitet ist und eine Aufweitung aufweist, die sich innerhalb des einteiligen, geschlossenen Stranges als im Durchmesser vergrößerter Ringbereich mit konischen Übergängen auf die nicht aufgeweiteten, anschliessenden Rohr­ teile darstellt. Die Auftrennung - für den Reparaturfall - erfolgt im Übergang zwischen dem zylindrischen Ringbereich und einem konischen Übergang derart, dass der jeweilige koni­ sche Übergang nach Abtrennen des anschliessenden Ringberei­ ches als radial ausgestellter Kegelstumpf verbleibt. Das neu anzusetzende Rohrteil ist endseitig entsprechend vorbereitet, und die einander gegenüberliegenden Kegelstümpfe schliessen einen durch einen Dichtring zu überbrückenden Ringspalt ein und werden unter entsprechender Verspannung des Dichtringes über eine Schraubschelle zusammengehalten. Entsprechend der Konizität der Kegelstümpfe weist auch der Dichtring tra­ pezförmige Grundform auf und läuft bei radial innen liegender Basis in axialen Zentrierbunden aus, die sich gegen die zu verbindenden Rohre im im Übergang zu den Kegelstümpfen aufge­ weiteten Rohrbereichen abstützen. Die Aufweitung bzw. die ra­ diale Dicke der Zentrierbunde ist so gewählt, das der freie Rohrquerschnitt im wesentlichen auch im Bereich der Verbin­ dung erhalten bleibt. Die bei dieser Lösung kurzen, durch die Zentrierbunde gebildeten Führungsabschnitte führen zu einer relativ aufwendigen Gestaltung des Dichtringes und sie bedin­ gen relativ hohe Spannkräfte, die im Hinblick auf die Bela­ stung der geschaffenen Verbindung insgesamt nicht unkritisch sind, zumal die Abstützung zwischen den über die Schraub­ schelle verspannten Kegelstumpfflächen und dem Dichtring ra­ dial innen im Bereich der Zentrierbunde erfolgen muß, um die angestrebte Zentrierwirkung zu erreichen.

Ferner ist es bekannt, in Abgasleitungen von Brennkraftma­ schinen sogenannte Axialausgleicher zu verwenden (DE 197 18 406 A1), bei denen der axiale Ausgleich durch einen mit Schiebesitz überlappenden Bereich zwischen zwei Rohrteilen in Verbindung mit einer labyrinthartigen Abdichtung des dadurch entstehenden Axialspaltes erreicht werden soll. In Verbindung mit einer solchen Ausgestaltung wird bei einer Ausführungs­ form ein zwischen die Rohrenden eingesetztes und entsprechen­ de radiale Aufweitungen der Rohre eingreifendes, verschieb­ lich geführtes Verbindungsstück vorgesehen, wobei den über­ greifenden Rohrenden an den Stirnflächen zur Abstützung Well­ federringe zugeordnet sind.

Schliesslich sind Rohrverbindungen auch für andere Zwecke, so für Verbindungsrohre von Heizölbehältern bekannt (DE 19 60 555 U1), die den Belastungen in Abgasleitungen vergleichbaren Belastungen nicht ausgesetzt sind. Bei der bekannten Lösung sind die Rohrenden leicht konisch aufgeweitet und bilden ein­ ander zugewandte Kegelstulpen mit sehr spitzem Kegelwinkel. Der dadurch entstehende dachförmige Übergangsbereich mit dem Trennspalt zwischen den beiden zu verbindenden Rohrenden wird von einem in Querschnitt flachen, dreiecksförmigen Dichtring überbrückt, dem radial innen ein Stützrohr zugeordnet ist, das durch einen Abschnitt eines Rohres gebildet ist, das in seinen Abmessungen den der zu verbindenden Rohre entspricht. Die gegenüberliegenden, aufgeweiteten Rohrenden bilden außen­ seitig, also gegenüberliegend zum Dichtring Anlageflächen für axial aufgezogene Flansche, die über Verschraubungen gegen­ einander verspannt sind. Der Dichtring soll bei einer derar­ tigen Rohrverbindung beispielsweise aus Hart-PVC bestehen und auch bei Rohrinnendrücken und gegebenen Toleranzen die not­ wendige Abdichtwirkung erbringen, ungeachtet dessen, ob eine genaue Ausrichtung der Rohre gegeben ist.

Durch die Erfindung soll eine starre Rohrverbindung für Ab­ gasrohre geschaffen werden, die fallweise die Auftrennung der Rohrverbindung ermöglicht, und dies auch bei gebrauchten Fahrzeugen, und die ungeachtet der auf Abgasanlagen und deren Rohrverbindungen einwirkenden Belastungen und Beanspruchungen ein so starres Verhalten zeigt, wie dies bei einem durchlau­ fenden, ungeteilten Rohr der Fall wäre. Es dürfen dementspre­ chend keine Ermüdungs- und Absenkerscheinungen auftreten, so­ wie auch keine Abgasundichtigkeiten, da dies die Wirksamkeit der Abgasanlage im Hinblick auf die Abgasqualität ebenso be­ einträchtigen könnte wie das Geräuschverhalten des Fahrzeu­ ges.

Erreicht wird dies mit einer starren Rohrverbindung gemäß dem Anspruch 1. Bei dieser sind die miteinander zu verbindenden Rohrenden im Auslauf mit nach außen ausgestellten, insbeson­ dere aufgestülpten Ringabschnitten versehen, zwischen denen ein formsteifer, entsprechend geformter, sich also nach radi­ al außen verbreiternder, trapezförmiger Dichtring eingelegt ist, der radial innen, also mit seiner Innenumfangsfläche verschiebbar gegen ein Stützrohr abgestützt ist, das zu den beiden zu verbindenden Rohrenden überlappend angeordnet ist und mit Schiebesitz in diese Rohrenden eingreift, so daß durch axiale Verspannung über die auf die ausgestellten Ringabschnitte sich abstützende Ringflansche eine zentrierte und ausgesteifte Verbindung der einander zugewandten Rohren­ den erreicht wird. Die Flanschverschraubungen sind dabei nur axialen Kräften ausgesetzt und die Ausrichtung der Rohre er­ gibt sich quasi zwangsläufig mit der axialen Verspannung. Als Flankenwinkel für den trapezförmigen Dichtring bzw. als An­ stellwinkel für die Ringabschnitte erweist sich ein Winkel in der Größenordnung von etwa 60°, jeweils bezogen auf die Rohrachse, als zweckmäßig. In Verbindung mit der Anschrägung der Flanken des Dichtringes bzw. der ausgestellten Rohrenden und der die durch die Ausstellung der Rohrenden geschaffenen Ringabschnitte beaufschlagenden Ringflächen der Flansche ei­ nerseits und der Abstützung des Dichtringes radial innen durch das Stützrohr ergibt seitlich eine Verkeilung des Dich­ tringes zwischen den ausgestellten Ringabschnitten und dem Stützrohr, die einen hohen Dichtigkeitsgrad unabhängig von Belastungen und Temperaturschwankungen gewährleistet. Muß der Rohrstrang, in dem die erfindungsgemäße starre Rohrverbindung liegt, getrennt werden, so ist dies im Rahmen der erfindungs­ gemäßen Lösung leicht möglich, selbst wenn Stützrohr oder Dichtring ausgewechselt werden müssen oder sollen. Um nach Abziehen des einen Rohrendes das Stützrohr ohne Schwierigkei­ ten entnehmen zu können, ist es zweckmäßig, dieses in seinen in der Überdeckung liegenden Endbereichen zumindest an einem Ende, oder auch an beiden Enden mit wenigstens einer Ein­ griffsöffnung für eine Abziehvorrichtung oder dergleichen zu versehen, die in einfache Weise durch eine Bohrung gebildet sein kann.

Um das Strömungsverhalten im Bereich der Rohrverbindung nicht ungünstig zu beeinflußen, sind die Rohrenden in dem vom Stützrohr überdeckten Bereich radial in Abhängigkeit von der Wandstärke des Stützrohres soweit aufgeweitet, daß der freie Durchströmungsquerschnitt in dem vom Stützrohr überdeckten Bereich gegenüber den angrenzenden Rohrbereichen keine Ein­ schränkung erfährt.

Bevorzugt wird die radiale Aufweitung der Endbereiche etwas länger ausgeführt als dies im Hinblick auf die Länge des Stützrohres erforderlich wäre, und weiter ist es auch zweck­ mäßig, die Stützrohre im Übergang zu ihren Stirnseiten im Durchmesser etwas zurückzunehmen, sei es durch Verrunden oder dergleichen, um belastungs- oder schwingungsbedingten Rohr­ brüchen im Übergang der Rohre zur Verbindung vorzubeugen.

Ferner ist es zweckmäßig, für das Stützrohr ein den Rohren der Abgasanlage entsprechendes Material zu verwenden, so ins­ besondere Edelstahl, als formfestes Material für den Dich­ tring bevorzugt ein Sintermaterial, ferritische oder austeni­ tische Stähle oder andere Dichtmaterialien mit vergleichbaren Eigenschaften.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ferner wird die Erfindung mit weite­ ren Details nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei in der Figur eine schematisierte Schnittdarstellungen einer starren Rohrverbindungen gemäß der Erfindung gezeigt ist.

In dieser starren Rohrverbindung für Abgasrohre von Brenn­ kraftmaschinen sind die zu verbindenden Rohre mit 1 und 2 be­ zeichnet und bezüglich ihrer zu verbindenden Endbereiche identisch ausgebildet. Die zu verbindenden Enden der Rohre 1 und 2 laufen jeweils in einem radial nach außen ausgestellten Ringabschnitt 3 bzw. 4 aus, und zwischen diesen Ringabschnit­ ten 3 und 4 liegt ein formsteifer, trapezförmiger Dichtring 5, dessen Flanken 6, 7 analog zur Neigung der Ringabschnitte 3 und 4 gegeneinander radial nach außen aufeinander zu lau­ fen. Radial nach innen ist der Dichtring 5 im Bereich seiner Innenumfangsfläche 8 gegen ein Stützrohr 9 abgestützt, das in Überdeckung zu den in den Ringabschnitten 3 und 4 auslaufen­ den Enden der Rohre 1 und 2 liegt. Über den vom Stützrohr 9 überdeckten Bereich der Rohre 1 und 2 sind diese radial auf­ geweitet und die mit 10 und 11 bezeichneten aufgeweiteten Rohrbereiche weisen einen Innendurchmesser auf, der in Ab­ stimmung auf die Wanddicke des Stützrohres 9 so groß ist, daß der Innendurchmesser des Stützrohres 9 etwa dem freien Durch­ messer der Rohre 1 und 2 entspricht. Die Länge des Stützroh­ res 9 entspricht bevorzugt etwa dem 0,8 bis 2,0 fachen, be­ vorzugt etwa dem 1,4 fachen des Rohrdurchmessers.

Für den Dichtring 5, der entsprechend dem vorgesehenen Ver­ wendungszweck aus temperaturbeständigem und formsteifem Mate­ rial besteht, ist im Rahmen des Ausführungsbeispieles ein Sintermaterial verwendet. Eingespannt wird der Dichtring 5 zwischen dem Stützrohr 9 und den Ringabschnitten 3 und 4, die ihrerseits axial von Ringflanschen 12 und 13 beaufschlagt sind, welche, auf die Rohre 1, 2 aufgeschoben, über nicht weiter dargestellte Verschraubungen 14 axial gegeneinander zu verspannen sind. Die gegenüber den Rohren 1, 2 losen Ring­ flansche 12 und 13 stützen sich dabei in Anpassung an die Neigung der Flanken 6, 7 bzw. die Neigung der Ringabschnitte 3, 4 mit zur Radialen schräg verlaufenden Ringzonen 15, 16 gegen die Ringabschnitte 3, 4 ab.

Die Neigung der aufeinander zu laufenden Flanken 6, 7 des trapezförmigen Dichtringes 5 sowie auch der Ringabschnitte 3, 4 bzw. der Ringzonen 15, 16 gegenüber der Rohrachse 17 liegt in der Größenordnung von etwa 60° und der entsprechende Win­ kel ist in Fig. 1 bei 18eingetragen.

Bevorzugt finden für die Rohre 1 und 2 sowie auch für das Stützrohr 9 korrosionsbeständige Materialien, wie Edelstähle Verwendung. Dementsprechend ergeben sich im Regelfall keine korrosionsbedingten Schwierigkeiten, die Rohrverbindung auch nach längeren Betriebszeiten zu lösen, wie dies zum Beispiel erforderlich sein kann, um die Zugänglichkeit zu anderen Ag­ gregaten zu ermöglichen oder Teile der Abgasanlage, z. B. zu Transportzwecken vom Fahrzeug zu trennen. Um ein evtl. erfor­ derliches Herausziehen oder Wechseln des Stützrohres 9 zu er­ leichtern, ist dies mit Eingriffsöffnungen 19, hier in Form von Bohrungen versehen, die schematisch angedeutet sind und die z. B. auch das Einfädeln eines Drahtes oder dergleichen ermöglichen, falls entsprechende spezielle Abziehilfen nicht vorhanden sind.

Claims (4)

1. Starre Rohrverbindung für Abgasrohre von Brennkraftmaschinen, bei der die miteinander zu verbindenden Rohrenden im Durchmes­ ser aufgeweitete Endbereiche (10, 11) aufweisen, die einen Schiebesitz für ein im Innendurchmesser dem Rohrdurchmesser an­ gepasstes Stützrohr (9) bilden, dessen Länge etwa dem Rohr­ durchmesser entspricht, und die in radial nach außen ausge­ stellten Ringabschnitten (3, 4) auslaufen, gegen die sich axial gegeneinander zu verspannende Ringflansche (12, 13) abstützen, zwischen denen ein formsteifer, trapezförmiger Dichtring (5) liegt, dessen Flanken (6, 7) entsprechend der Neigung der aus­ gestellten Ringabschnitte (3, 4) radial nach außen aufeinander zulaufen und der sich radial nach innen axial verschiebbar auf dem Stützrohr (9) abstützt, wobei die Flanken (6, 7) des Dicht­ ringes (5) flacher geneigt sind als die ausgestellten Ringab­ schnitte (3, 4).

2. Starre Rohrverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützrohr (9) gegenüber beiden Rohren (1, 2) die glei­ che Führung aufweist.

3. Starre Rohrverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanken (6, 7) des Dichtringes (5) gegenüber der Rohr­ achse (17) einen Winkel von etwa 60° einschließen.

4. Starre Rohrverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringabschnitte (3, 4) der Rohre (1, 2) zu den Flanken (6, 7) des Dichtringes (5) im Wesentlichen Linienberührung auf­ weisen.