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Dichtende Rohrverbindung zwischen Auspuffkrümmer und Auspuffleitung
von Vsrbrennungsmotoren.
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Bei Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen ist es allgemein üblich,
die Auspuffleitung an den Auspuffkrümmer anzuflanschen. Dadurch wird eine verhältnisma#ßig
starre Verbindung geschaffen, deren einziges elastisches Element ein Dichtungsring
ist, der allerdings durch die gegenseitige Verspannung der Flansche derart zusammengepreßt
wird, daß kaum noch von einer elastischen Wirkung gesprochen werden kann.
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Die beschriebenen Maßnahmen haben zur Folge, daß - durch unvermeidbare
Herstellungsungenauigkeiten bedingt - die Motoren in der Aufhängung verspannt werden,
was sich im Fahrbetrieb zumindest als lästiges Geräusch äußert. In den meisten Fällen
treten Jedoch darüber hinaus durch die ständigen Erschütterungen des elastisch gelagerten
Motors Beschädigungen an der in Rede stehenden Rohrverbindung auf, die zu Undichtigkeiten
derselben führen Wie aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift 1 472 187 ersichtlich,
hat man bereits vor längerer Zeit versucht, dem geschilderten Mißstand
abzuhelfen.
Der in der Gebrauchsmusterschrift geoffenbarte Ldßungsweg zeichnete sich im wesentlichen
durch trichterförmige Ausnehmungen bzw.
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Atisstülpungen in den zu verbindenden Rohrteilen aus, zwischen denen
ein Dichtungsring eingeklemmt war. Leider hat diese bekannte Lösung wie auch weitere
Lösungsversuche, die beispielsweise in der deutschen Gebrauchsmusterschrift 1 634
733 sowie in der deutschen Patentschrift 1 005 319 ihren Niederschlag gefunden haben,
nicht zu befriedigenden Ergebnissen geführt.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Rohrverbindung
der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei gleichbleibender voll wirksamer
Dichtfunktion einen selbsttätigen Ausgleich der Herstellungsungenauigkeiten erlaubt
und damit die Nachteile bekannter Verbindungen von Auspuffkrümmer und -leitung vermeidet.
Die Erfindung ist ihrem Grundgedanken nach dadurch gekennzeichnet, daß die angrenzenden
gegeneinander zu verspannenden Teile der Rohrverbindung zusammen eine kugelige Ausnehmung
bilden und daß in der Ausnehmung eine entsprechend kugelförmige elastische Dichtung
angeordnet ist.
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Die durch die Erfindung gegebene technische Lehre geht entscheidend
über den Gegenstand der deutschen Gebrauchsmusterschriften 1 472 187 und 1 634 733
hinaus, indem sie durch die kugelige Form der elastischen Dichtung eine Verspannung
der beiden Rohrenden nach beliebiger Ausrichtung derselben erlaubt, und zwar ohne
jegliche Beeinträchtigung der Dichtfunktion. Es ist somit eine gute Anpassung der
Auspuffleitung an den Auspuffkrümmer ohne Rücksicht auf Herstellungstoleranzen möglich,
wodurch ein unverspannter Einbau des Motors gewährleistet und damit u. a.
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eine starke Geräuschquelle beseitigt wird.
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Da im Bereich des Auspuffkrummers noch erhebliche Temperaturen auftreten,
ist es zweckmäßig, wenn die elastische Dichtung aus relativ temperaturbeständigem
Werkstoff, vorzugsweise Metall, besteht. Da die elastischen Eigenschaften der Dichtung
trotz der hohen Temperaturen erhalten bleiben sollen, empfiehlt es sich, die Dichtung
aus warmfestem Stahl, z. B. 10Cr Mo9 10 herzustellen.
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Die Elastizität der Dichtung kann in vorteilhafter Weiterbildung des
Erfindungsgedankens dadurch erreicht werden, daß die elastische Dichtung innen eine
oder mehrere umlaufende Einkerbungen aufweist. Nach einer anderen Ausführungsform
der Erfindung ist die elastische Dichtung nach Art einer zu einem Ring gebogenen
geprägten Blechmanschette ausgebildet, deren beide Stirnseiten nach innen umgebördelt
sind.
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Die erfindungsgemäßen kugeligen Ausnehmungen können unmittelbar in
den aneinander angrenzenden Rohrteilen selbst angeordnet sein. Für eine Rohrverbindung,
bei der jedem der zu verbindenden Rohrteile ein Flansch zugeordnet ist, welche Flansche
gegeneinander verspannbar sind, wird indessen aus Herstelltings- und Festigkeitsgründen
bevorzugt, daß die kugeligen Aüsnehmungen in den Flanschen eingearbeitet sind.
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Die elastische Dichtung, die selbstverständlich eine zentrale Durchgangsbohrung
aufweisen muß, kann, wenn sie zwischen den beiden zu verbindenden Rohrteilen angeordnet
ist, selbst ein Teil der Rohrleitung bilden. Erfindungsgemäß wird jedoch bevorzugt,
daß die Dichtung ausschließlich Dichtung und Elastizitätsfunktionen erfüllt. Eine
Ausführungßform,
welche diesen Forderungen Rechnung trägt und darüber
hinaus eine Verringerung der mechanischen Beanspruchung der Dichtung bewirkt, ist
dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Dichtung innen mindestens eines der Enden
der zu verbindenden Rohrteile dichtend umschließt. In Weiterbildung dieses Gedankens
wird im einzelnen vorgeschlagen, daß die elastische Dichtung eines der zu verbindenden
Rohrteile dichtend umschließt und daß das betreffende Rohrteilende in die kugelige
Ausnehmung des anderen Rohrteile hineinragt. Dabei empfiehlt es sich ferner, daß
der dem in die kugelige Ausnehmung des anderen Rohrteils hineinragenden Rohrteil
zugeordnete Flansch gegenüber dem letzteren axial beweglich ausgebildet ist. Durch
diese Maßnahme kann ein Arbeitsgang, nämlich die Verbindung (beispielsweise Verschweißung)
des Flansches mit dem betreffenden Rohrteil, eingespart und dadurch bedingte Herstellungsungenauigkeit
vermieden werden. Sofern es sich um eine Rohrverbindung zwischen Auspuffkrümmer
und -leitung des Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges handelt, ist es zweckmäßig,
wenn der bewegliche Flansch in an sich bekannter Weise der Auspuffleitung zugeordnet
und der Gegenflansch fest mit dem Auspuffkrümmer verbunden ist. Es hat sich nun
gezeigt, daß der eingangs geschilderte Mißstand, nämlich die Verspannung der Motoren
in ihrer Aufhängung infolge der bekannten unelastischen Verbindung Auspuffkrümmer
- Auspuffleitung, in besonders starkem Ausmaß bei Hochleistungsmotoren auftritt,
bei denen der Auspuffkrümmer in der Regel zwei Auslässe aufweist und die sich daran
anschließende Auspuffleitung als sogenannte Hose ausgebildet ist, d. h. zwei Leitungen
vereinigen sich Jeweils zu einer einzigen Auspuffleitung. Eine Ausführungsform der
Erfindung, welche für diesen speziellen Fall besonders geeignet ist, zeichnet sich
dadurch
aus, daß die kugelförmige elastische Dichtung zwischen
mindestens einem der Auslässe des Auspuffkrümmers und dem entsprechenden Teil der
Auspuffleitung fest mit dem Auspuffkrümmer verbunden und relativ gegenüber der Auspuffleitung
in engen Grenzen axial verschiebbar ist.
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Die vorstehend erfindungsgemäße Maßnahme eignet sich beispielsweise
für i-Zylinder-Motoren, bei denen zwei Auspuffkrümmer vorgesehen sind, die sich
ebenfalls hosenartig vereinigen und in einem gemeinsamen Flansch auslaufen. In diesem
Fall ist es zweckmäßig, auch für die beiden sich daran anschließenden, zunächst
noch separaten Auspuff--leitungen einen gemeinsamen Gegenflansch vorzusehen. Es
ist aber auch ohne weiteres eine Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahme beispielsweise
bei 6-Zylinder-Motoren möglich, die insgesamt vier Auspuffkrümmer aufweisen, welche
sich jeweils paarweise hosenartig vereinigen, so daß zwei Flanschanschlüsse vorhanden
sind.
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Hinsichtlich der angeführten Beispiele eines 4- bzw. 6-Zylinder-Motors
wird erfindungsgemäß bevorzugt, daß nur jeweils einem der beiden Auslässe bzw. Auslaßpaare
eine fest mit dem Auspuffkrümmer verbundene Dichtung zugeordnet ist. Der zweite
Auslaß bzw. das zweite Auslaßpaar ist zweckmäßig über eine "lose" kugelförmige Dichtung
mit dem betreffenden Auspuffteil verbunden, wie sie ebenfalls Gegenstand der vorliegenden
Erfindung ist und in den Ausführungen weiter oben ihren Niederschlag gefunden hat.
Es soll damit jedoch keineswegs die dankbare Möglichkeit ausgeschlossen werden,
beiden Auslässen bzw. Auslaßpaaren eine ~feste" kugelförmige Dichtung zuzuordnen.
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Für den Fall eines Motors, wobei der Auspuffkrümmer zwei Auslässe
bzw.
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Auslaßpaare aufweist und die sich daran anschließende hosenartige
Auspuffleitung in bezug auf den Auspuffkrümmer seitlich abgebogen ist, gibt die
Erfindung aber eine bevorzugt anzuwendende technische Lehre, die dadurch gekennzeichnet
ist, daß die mit dem Auspuffkrümmer fest verbundene kugelförmige elastische Dichtung
dem radial innen liegenden Auslaß bzw. Auslaßpaar zugeordnet ist. Dadurch kann der
sich zwischen der Auspuffleitung und der Flanschebene bildende Winkel, dessen Größe
für den Grad der Motorverspannung einen gewissen Anhaltspunkt ergibt, ohne Berücksichtigung
der Fertigungstoleranzen in gewissen Grenzen eingestellt werden. Selbstverständlich
ist ein Ausrichten in der anderen Ebene auch möglich.
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In vorteilhafter Weiterbildung der in den vorangehenden Absätzen beschriebenen
erfindungsgemäßen Maßnahme wird ferner vorgeschlagen, daß der kugelförmige Abschnitt
der mit dem Auspuffkrümmer fest verbundenen elastischen Dichtung in einen etwa zylindrischen
Teil übergeht und daß der kugelförmige Abschnitt der Auspuffleitung und der zylindrische
Teil dem Auspuffkrümmer zugeordnet ist, wobei zweckmäßig der Auspuffkrümmer und
die mit diesem fest verbundene kugelförmige elastische Dichtung ein Bauteil bilden.
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Weiterhin wirkt sich für die Nachgiebigkeit der erfindungsgemäßen
Rohrverbindung günstig aus, wenn der der Auspuffleitung zugeordnete Flansch gegenüber
der Auspuffleitung axial beweglich ausgebildet ist.
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Es ist nun hier entsprechend den bereits weiter oben beschriebenen
Ausführungsformen möglich, die Auspuffleitung mit der elastischen Dichtung am Außenumfang
dichtend zu umschließen. Vorzugsweise wird
indessen bei dem hier
in Rede stehenden Anwendungsfall vorgeschlagen, daß das dem Auslaß des Auspuffkrümmers,
welcher die feste kugelförmige Dichtung aufweist, zugeordnete Ende der Auspuffleitung
entsprechend kugelförmig aufgeweitet und in der entsprechend kugelförmigen Ausnehmung
des Flansches zwischen die sein und der kugelförmigen elastischen Dichtung eingeklemmt
ist. Das betreffende Auspuffende umschließt also in diesem Fall den kugelförmigen
Teil der elastischen Dichtung. Dadurch ergibt sich bei gleicher Z;inspannkraft eine
bessere Dichtung der betreffenden Teile. Ferner ist dadurch eine absolute Sicherheit
gegen ein Lockern des Auspuffes gegeben.
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Bei Verwendung nur eines Auspuffrohres (Motore mit geringerer Leistung)
ist es vielleicht aus Kosten und Festigkeitsgründen z-flaekmäßiger, die erfindungsgemäße
~lose" kugelige Dichtung zu verwenden.
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Eine Verwendung der in den vorangegangenen Ausführungen geschilderten
festen kugeligen Dichtung ist natürlich auch hier möglich, welche wiederum eine
bessere Anpassung ergibt infolge der axialen Verschiebungsmöglichkeit des Auspuffrohres.
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Die Erfindung ist nun anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeich
nung und der nachstehenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigt: Fig. 1 eine Ausführungsforin der erfindungsgemäßen Rohrverbindung
im Längsschnitt, Fig. 2 ebenfalls im Längeschnitt eine andere Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Rohrverbindung,
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen elastischen Dichtung im teilweisen Längsschnitt, Fig. 4 eine
Verbindung Auspuffkrümmer - Auspuffleitung für einen 4-Zylinder-Hochleistungsmotor
und Fig. 5 eine Verbindung Auspuffkrümmer - Auspuffleitung für einen 6-Zylinder-ochleistungsmotor
und Fig. 6 eine Verbindung entsprechend Fig. 4 oder 5 im Längsschnitt (teilweise).
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Nach Fig. 1 ist der Anschlußteil eines Auepuffkrümmerß eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors
mit 10 und die damit verbundene Auspuffleitung mit 11 bezeichnet. Die Verbindung
der Teile 10, 11 erfolgt durch Flansche 12, 13, die mittels Schrauben 14, 15 gegeneinander
verspannt sind.
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Der Flansch 13 weist zu diesem Zweck Durchgangebohrungen 16, 17 für
die Schrauben 14, 15 auf, wohingegen der Gegenflansch 12 mit Gewindebohrungen 18,
19 versehen Xat.
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Beide Flansche 12, 13 sind innen kugelförmig ausgedreht ( Pos. 20,
21) und bilden zusammen eine kugelige Ausnehmung. In dieser Ausnehmung 20, 21 ist
eine entsprechend kugelförmig ausgebildete elastische Metalldichtung 22 angeordnet,
die die Auspuffleitung 11 innen dichtend umschließt. Die Auspuffleitung 11 ragt
dabei in die kugelige Ausnehmung
20 des Auspuffkrümmers 10 hinein.
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Zur Erhöhung der Elastizität ist die Metalldichtung 22 innen mit einer
Einkerbung 23 versehen. Einen entsprechenden Zweck erfüllen drei Einkerbungen 24,
25, 26 in der Ausführungsform einer Metalldichtung 27 nach Fig. 3.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird durch Verspannung der Flansche 12,
13 gegeneinander nicht nur die mechanische Verbindung der Rohrteile 10, 11 hergestellt,
sondern gleichzeitig auch eine dichtende Verbindung derselben bewirkt. Zu diesem
Zweck ist der Flansch 13 als separates Bauteil und axial beweglich gegenüber der
Auspuffleitung 11 ausgebildht. Der Gegenflansch 12 dagegen ist an dem Auspuffkrümmer
10 in üblicher Weise angegossen. Werden nun die beiden Flansche 12, 13 gegeneinander
verspannt, so erfolgt durch die radiale Druckkomponente der Schraubenverspannung
einerseits eine Abdichtung der Flächen 28, 21 gegeneinander, andererseits wird die
Metalldichtung 22 durch die axiale Druckkomponente in den Ringspalt zwischen den
Flächen 29, 20 hineingedrückt, so daß auch diese Flächen gegeneinander abgedichtet
sind.
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Wie aus der Zeichnung leicht zu erkennen, erlaubt die kugelige Form
der Metalldichtung 22 bzw. der Ausnehmungen 20, 21 innerhalb gewisser Grenzen eine
beliebige Winkelstellung der Rohrteile 10, 11 zueinander. (Der betreffende Winkel
ist in Fig. 1 zwischen den Mittelachsen 30, 31 der Rohrteile 10, 11 angedeutet und
mit c bezeichnet.) Durch diese Winkelbeweglichkeit der Teile 10, 11 können vor der
Verspannung der Flansche 12, 13 Herstellungsungenauigkeiten ausgeglichen
werden,
ohne daß eine Beeinträchtigung der Dichtfunktion zu befürchten wäre.
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Die Ausführungsform nach Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen
nach Fig. 1 im wesentlichen nur durch die Ausbildung der hier mit 32 bezeichneten
elastischen Metalldichtung. Die übrigen Teile sind daher entsprechend den vergleichbaren
Teilen nach Fig. 1 bezeichnet, wobei die Position durch den Index "a" ergänzt werden.
Die Metalldichtung 32 ist als geprägte Blechmanschette ausgebildet, deren Stirnseiten
33, 34 nach innen umgebördelt sind. Auf diese Weise ist ebenfalls eine gute Elastizität
der Metalldichtung 32 gewährleistet.
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Nach Fig. 4 ist der Auspuffkrümmer eines 4-Zylinder-Verbrennungsmotors
mit 35 bezeichnet und seine beiden Auslässe mit 36, 37. Die beiden Auslässe 36,
37 laufen in einem gemeinsamen Flansch 38 aus, der durch schematisch angedeutete
Schrauben 39, 40, 41 mit einem Gegenflansch 42 verbunden ist. Der Gegenflansch 42
ist einer mit 43 bezifferten Auspuffleitung zugeordnet. Die Auspuffleitung 43 schließt
sich an den Auslässen 36, 37 mit je einem Leitungsstutzen 44 bzw. 45 an, die sich
in rückwärtiger Richtung hosenartig zu einer gemeinsamen Leitung 46 vereinigen.
Die Auspuffleitung 44, 45, 46 ist gegenüber der Ebene der Flansche 38, 42 seitlich
abgebogen (in Fig. 4 nach links) ausgebildet, wobei sich zwischen einer zu dieser
Ebene parallelen, strichpunktiert angedeuteten Ebene 47 und der Auspuffleitung 46
ein Winkels( bildet.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 handelt es sich um eine Verbindung
Auspuffkrümmer - Auspuffleitung für einen 6-Zylinder-Verbrennungsmotor.
Der
Auspuffkrümmer ist mit 48 bezeichnet. Er besteht aus zwei Auslaßpaaren 49, 50, die
sich ihrerseits wieder in je zwei Auslässe 51, 52 und 53, 54 aufteilen. Je ein Auslaßpaar
49 bzw. 50 hat einen Flansch 55 bzw. 56 gemeinsam, an den sich jeweils ein Gegenflansch
57 bzw. 58 des hier mit 59 bezeichneten Auspuffleitungssystems anschließt. Flansch
und Gegenflansch 55, 57 bzw. 56, 58 sind dabei jeweils durch zwei Schrauben 60,
61 bzw. 62, 63 gegeneinander verspannt. Das Auspuffleitungssystem 59 ist wiederum
hosenartig ausgebildet1 wobei es aus zwei Leitungsstutzen 64, 65 besteht, die sich
zu einer gemeinsamen Auspuffleitung 66 vereinigen. Auch hier ist das Auspuffleitungssystem
entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 4 seitlich abgebogen ausgebildet.
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Die Ausbildung der Rohrverbindung Auspuffkrümmer - Auspuffleitung
iBz nun im einzelnen aus Fig .6 ersichtlich. Es handelt sich dabei um ein System
ähnlich der Ausführungsform nach Fig. 4 mit dem Unterschied, daß der dem Auspuffleitungs6ystem
zugeordnete Gegenflansch hier unterteilt ausgebildet ist, wobei die beiden Einzeiflansche
entsprechend mit 42a und 42b bezeichnet sind. Die übrigen Bezugszeichen entsprechen
ebenfalls denen in Fig. 4. Grundsätzlich soll jedoch die in Fig. 6 gezeigte dichtende
Verbindung nicht nur für die Ausführungsform nach Fig. 4 gelten, sondern ist in
entsprechender Weise auch auf die Ausfüiirungsform nach -Fig. 5 anzuwenden.
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Wie aus Fig. 6 ersichtlich, ist die dichtende Rohrverbindung an dem
radial außen liegenden Auspuffleitungsstutzen 45 (bzw. 65 in Fig. 5) entsprechend
der Ausführungsform nach Fig. 1 - 3 ausgebildet. Es braucht daher darauf nicht noch
einmal näher eingegangen werden. Im
folgenden soll lediglich die
hier verwendete kugelige Dichtung (22 oder 32 oder 27) als "lose" kugelige Dichtung
bezeichnet werden. Im Unterschied dazu soll bei der kugeligen Dichtung des Auspuffleitungsstutzens
44 (bzw. 64 in Fig. 5) von einer "festen" kugeligen Dichtung gesprochen werden.
Diese Dichtung besteht nämlich aus einem kugeligen Abschnitt 67, der über einen
zylindrischen Teil 68 in den Auslaß 36 übergeht und somit mit dem Auspuffkrümmer
ein gemeinsames Bauteil bildet. Zwischen der mit 69 bezeichneten kugeligen Ausnehmung
des axial beweglichen Flansches 42a und dem kugeligen Teil 67 der "festen Dichtung
ist der Auspuffleitungsstutzen 44 eingeklemmt.
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Er ist an dieser Stelle 70 aufgeweitet und entsprechend der Ausnehmung
69 bzw. dem Dichtungsteil 67 kugelig ausgebildet. Die im vorstehenden beschriebene
Art der Abdichtung Auspuffkrümmer - Auspuffleitung erlaubt in engen Grenzen eine
Axialverschiebung der Teile 67, 70 gegeneinander, wodurch Fertigungsungenauigkeiten
optimal ausgeglichen werden können und somit eine Verspannung des Motors in seiner
Aufhängung vermieden wird.
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Patentansprüche