DE2605547C3

DE2605547C3 - U-Bolzen-Rohrklemmanordnung, insbesondere zum Verbinden von Auspuffteilen an einem Kraftfahrzeug mit Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2605547C3
Application number: DE19762605547
Authority: DE
Inventors: John E. Dyersburg Tenn. Heckethorn (V.St.A.)
Original assignee: Heckethorn Manufacturing Co
Current assignee: Heckethorn Manufacturing Co
Priority date: 1976-02-12
Filing date: 1976-02-12
Publication date: 1980-07-10
Also published as: DE2605547A1; DE2605547B2

Description

Die Erfindung geht von einer durch die US-Patentschriften 31 37 053 bzw. 37 72 745 bekannten dreiteiligen U-Bolzen-Rohrklemmanordnung aus, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs I bzw. des Anspruchs 2 dargestellt ist.

Bei diesen bekannten Klemmvorrichtungen sind die aufbringbaren Klemmkräfte begrenzt. Obwohl durch Aufeinanderfalten der Blechzuschnitteile ein Steg im SattelstUck mit doppelter Materialstärke entsteht (im zweiten Fall mit einem Kanlenteil), sind Querkräfte nur bis zu einer bestimmten Grenze aufnehmbar. Die Auspuffanlagen derjenigen Kraftfahrzeuge mit Brennkraftmaschinen, die mit einer katalytischen Abgasreinigung versehen sind, um den verschärften Umweltbestimmungen zu genügen, arbeiten bei höheren Temperaturen, müssen dichter verschlossen werden und erfordern deshalb größere Klemmkräfte, die mit den bekannten Klemmen nicht mehr betriebssicher aufzubringen sind. Verlangt wird hierbei außer einer Festigkeit gegen tangential zum Rohr gerichteten Querkräften auch eine hohe Verwindungssteifigkeit, damit die Schenkel des U-Bolzens nicht aus ihrer

ίο ursprünglichen Ebene ausweichen können. Die beispielsweise aus den US-Patentschriften 36 05 214 und 37 29 782 bekannten U-Bolzen-Klemmen mit aufschraubbaren losen Querlaschen im Bereich der Muttern können das Ausweichen der Bolzenschenkel und das Ausbeulen der Sattelteile bei hohen Kräften nicht verhindern.

Aufgabe der Erfindung ist es, Rohrklemmanordnungen der im jeweiligen Oberbegriff der beiden Patentansprüche angegebenen Art insoweit zu verbessern, daß auch bei großen Klemmkräften eine verwindungssteife U-Bolzen-Klemmenanordnung erreicht ist, die nach wie vor nur mit drei Teilen auskommt, einfach aufgebaut ist und sich einfach herstellen läßt.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die im kennzeichnenden Teil der Patentansprüche 1 und 2 angegebenen Gestaltungsmerkmale vorgesehen.

Bei den Aufgabenlösui*3en sind zwar Überschneidungen mit dem Stand der Technik (siehe: Ausführungen zur Erfindungshöhe, 5 Absätze später), jedoch sind beim

JO jeweiligen Stand der Technik die technischen Verhältnisse ganz anders gelagert wie bei der Erfindung. Bei der Lösung wird von kostengünstigen länglichen, aus Stahlblech herstellbaren Sattelstücken ausgegangen, die entweder aus einem einzigen Blechzuschnitt oder aus

Jj zwei identischen Blechzuschnitten hervorgehen. Das Sattelstück bildet einen aus einem Stück bestehenden Steg, in dem mehrere Schichten von Material sn übereinander angeordnet sind, daß Querkräftc bis in einen sehr hohen Bereich aufgenommen werden können. Durch den zum Steg und zu den Hülsen rechtwinklig angeordneten Flansch auf beiden Seiten des Steges ergibt sich auf einfache Weise eine sehr gute Aussteifung gegen Verwindungskräftc. Hierbei dient vorteilhafterweise der Flansch zusätzlich als Begren-

*^r> zung für das Eindringen des bogenförmigen Randes des Sattelstückes in das Rohwcfkslück. Hierfür ist für den beiderseitigen Flansch kurz unterhalb des Bogens eine günstige Lage gewählt worden, die zwar ein zur Herstellung einer guten und dichten Verbindung

5n notwendiges Eindringen des Bogens zuläßt, aber auch zugleich verhindert, daß das Mantelmaterial des zu klemmenden Rohres übermäßig beschädigt wird. Außerdem ist die für den Flansch gewählte Lage günstig zur Aufnahme der als Reaktionskräfte auftretenden Verwindungskräftc

Bei Verwendung eines Stahlbleches aus Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und hoher Festigkeit lassen sich die Bolzenmutlcrn mit einem bisher noch nicht erreichten Wert von 10,97 mkp anziehen, ohne daß

•Λ es zu Verwindungen kommt.

Es wurde festgestellt, daß die bekannten Klemmteile einer höheren Torsionskraft als 6,858 mkp nicht standhalten können. Bei einer höheren Torsionskraft beginnen die Versteifungsteile sich seitlich zu verwinden

f>5 und an ihren Verbindungspunkten mit den Bolzenarmgehäusen wegzubiegen. Von diesem Punkt an besteht keine Möglichkeit die Klemmverbindung fester anzuziehen. Die Tendenz zum Wegdrehen bzw. Abbiegen ist

ein grundsätzliches Problem, welches bisher dadurch zu lösen versucht wurde, einfach dickeres und schwereres Metallblech für die Klemmteilversteifungsteile, die miteinander verschweißt wurden, zu verwenden, und zwar mit oder ohne eine dazwischen angeordnete Abstandsplatte um die Dicke zu vergrößern. Derartige Versuche haben sich jedoch nicht als zufriedenstellend erwiesen und keine geeignete Lösung ergeben. Den Klemmteilen fehlt eine geeignete Verstärkung, um beim Anziehen der Sicherungsschrauben mit einem Drehmoment von mehr als 5,48 mkp ein Verbiegen oder sogar Brechen zu vermeiden. Die erfindungsgemäßen Klemmteile widerstehen einem Drehmoment von 10,97 mkp auf jede Sicherungsschraube, was ein Anwachsen der Klemmfähigkeit von 100% bedeutet. Dadurch ergibt sich ein wesentlicher technischer Fortschritt, der insbesondere durch den Stabilisierungseffekt der nach außen gebogenen Stege möglich wird.

Ausgehend von dem im ersten Absatz angegebenen Stand der Technik über die auf diese spezifizierte, noch -ja zu lösende Aufgabe mit den in den beiden nebeneinandergestellten Ansprüchen 1 und 2 im jeweiligen Kennzeichnungsteil angegebenen Lösungsmittel, im selben Lösungsprinzip, die Erfindung zu entwickeln, war nicht ohne weiteres und ohne erfinderische Überlegungen möglich, weil hierzu beim Stand der Technik für die jeweilige Gesamtheit dieser Lösungsmittel k.in ausreichender technischer Hinweis vorhanden ist. So ist vor allem die Lage des Flansches am Kantenteilendf*, also direkt unterhalb des bogenförmigen Randes nicht ohne weiteres nahegelegen, weil z. B. beim Stand der Technik gemäß der US-PS 37 29 782 die ganz andere örtliche Anordnung eines entsprechenden Flansches von der örtlichen Anordnung bei der Erfindung wegleiiet, wobei die festigkeitstechnische Bedeutung (Verformungsvor- ιί gang) der speziellen Lage der Rippe beim Stand der Technik nicht erkannt wurde. Die anderen im Kennzeichenteil der Ansprüche 1 und 2 angegebenen Gestaltungsmerkmale begründen allein die Erfindungshöhe noch nicl.i, da sie durch den Stand der Technik -to gemäß den US-PS 37 29 782 und 37 72 745 nahegelegt sind.

Die Merkmale der Erfindung und deren technische Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen in Verbindung -Ti mit den Ansprachen und der Zeichnung, üs zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform mit einem U-Bolzen,

Fig.2 eine Seitenansicht der Ausführungsform entsprechend Fig. 1, ^r> <>

Fig.3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 der F i g. 2,

F i g. 4 eine Unteransicht von der Linie 4-4 in F i g. 2,

Fig.5 eine Draufsicht auf das Rohr- oder Stanzteil aus dem das Klemmteil gemäß F i g. 2 gebildet wird, v>

F i g. 6 eine perspektivische Ansicht einer abgeänderten Ausführungsform,

Fig. 7 eine Seitenansicht der Ausbildungsform gemäß F i g. 6,

Fig.8 ein Querschnitt entlang der Linie 8-8 der wi Fig.7,

Fig.9 ein Querschnitt entlang der Linie 9-9 der F i g. 7 und

Fig. 10 eine Draufsicht auf das Roh- oder Stanzteil, aus dem das Klemmteil in der F i g. 7 gebildet wird. t>5

Bei beiden Ausführungsformen weist eine vollständige Klemmverbindungsanoifiiung einen U-Bolzen 10, ein Klemmteil Sund ein Paar Sicherungsmuttern 12 und Sicherungsscheiben zwischen der Bodenkanie des Klemmteilbodens und aer Sicherungsmuttern suf. Die Muttern sind auf das freie Ende von Armen 13 des U-Borzens aufgeschraubt. Diese Arme erstrecken sich parallel von einem Halbkreisbogenteil 14 des U-Bolzens 10, Das Klemmteil S ist axial verschiebbar auf den Armen 13 des Bolzens 10 angeordnet.

Klemmteile werden aus anfänglich ebenen, länglichen Stanzteilen gebildet. Diese Stanzteile bestehen aus Stahl niedrigen Kohlenstoffgehalts und hoher Festigkeit bei 2,26 mm (13 gage) mit einer minimalen Zugfestigkeit von mindestens 50 M^lbs. Dieser Stahl kann scharf in einen versteiften Bereich umgebildet und gut verschweißt werden. Das schafft bei mühelosem Stanzen, Verformen und Verschweißen eine erhebliche zusätzliche Festigkeit Das Klemmglied einer Ausführungsform wird von zwei derartigen Stanzteilen gebildet die zu einer integrierten Einheit miteinander verschweißt werden. Das Klemmglied der alternativen Ausbildungsform wird von einem einzelnen St.-. /teil gebildet, welches in sich doppelt ausgebildet ist.

In einer Ausführungsform entsprechend den Fig. 1 bis 5 wird der Körper des Klemmteiles S von einem Paar identischer Stanzteile A und B gebildet, welche anfänglich die in Fig.5 dargestellte Form haben, und zwar mit einem zentralen Aussteifungsteil 17 und zwischen zwei Endbereiche 18, dessen Kopf und Bodenkanten parallel zueinander und zu der Längsachse des Stanzteiles liegen. Die Bodenkantec der Teile 18 fluchten miteinander und bilden die Bodenkante des Klemmteils, wenn das Stanzteil in seine endgültige Form gebogen wurde. Die Kopfkante des Stanzteils ist mit einer halbkreisförmigen Ausnehmung 19 versehen, deren Umfangslinie auf den Radius des halbkreisförmigen Bodens des U-Bolzens liegt, an dem das Klemmteil für die Verwendung der Klemmverbindung befestigt wird. Diese Ausnehmung geht an seinen Enden in miteinander fluchtende Kopfkanten der Teile 13 übet In der anfänglichen ebenen Form des Stanzteiles erstreckt sich der Bodenkantenbereich des zentralen Aussteifungst-.ils 17 nach unten, und zwar in der Ebene des Aussteifungsteils, um einen Versteifungsschenkel 20 vorzusehen, welcher nach oben und flach liegend das zentrale Aussteifungsteil 17 über seine im wesentlichen vollständige Länge zwischen den Bodenkanten der Teile 18 umgebogen wird. An seiner oberen Kante bildet der Versteifungsschenkel 26 eine gerade Linie parallel zu der Längsachse des Stanzteils, und zwar ein wenig unterhalb dem Boden der halbkreisförmigen Ausnehmung 19, wobei die gesamte Oberkante als Steg 21 quer nach außen weggebogen ist, wie es sich am besten aus F i g. 3 ersehen läßt. Dieser Steg 21 erstreckt sich im rechten Winkel zur benachbarten ebenen Fläche des zentralen Aussteifungsteils 17, wodurch sowohl das Aussteifungsteil als auch der Versteifungsschciikel zur Verhinderung einer Verbiegung unter Last infolge hoher Torsionskräfic verstärkt werden.

Jeder Endbereich 18 des Stanzteils wird in ein halbkreisförmig offenes Teil 22 geformt, welches sich vom Kopf bis zum Boden in einer Richtung quer ζιτ Längsachse des Stanzteiles erstreckt. Diese halbkreisförmig offenen Kröpfungen 22 liegen auf derselben Seite wie der Versteifungsschenkel 20 und sind zwischen den Enden des Versteifungsschenkels 20 und der äußeren Endkante des Staniailes angeordnet. Die Kröpfung geht in eine flache Lippe 23 zwischen dem halbkreisförmigen Kröpfteil 22 und der benachbarten Endkante des Stanzteiles über. Der GesamtkörDer des

Kiemmteiles wird aus zwei identisch verformten Stanzteilen gebildet, die mittels Schweißpunkten in zueinander parallelem Verhältnis miteinander verschweißt sind. Dabei liegen die Kröpfungen derart deckungsgleich, daß sie ein Paar zylindrischer rohrförmiger Gehäuse bilden, die axial die Arme (3 des U-Bolzens 10, auf den das Klemmteil befestigt ist, aufnehmen. Die Zwischenfläche der beiden Stanzteile fluchtet mit den Lippen 23 und teilt die zylindrisch rohrförmigen, durch die deckungsgleich aneinander gelegten Kröpfungen gebildeten Gehäuse.

Eine andere Ausführungsforni des Klemmteils 5 ist in den Fig. 6 bis 10 dargestellt. Dieses Klemmteil besteht anfänglich aus einem ebenen, länglichen Stan/teil desselben Stahlblechs, aus dem das Stanzteil der bevorzugten Ausführungsforni besteht. Wie sich jedoch aus F i g. 10 ergibt, besteht das Klemmteil anfänglich aus zwei identischen Stanzteilen entsprechend F' i g. 5, die iViii ucii Enden integriert verbunden sind.

Aus Fig. 10 ist ersichtlich, daß das Stnnzteil zur Bildung eines Klemmtcils 5 ein Mittelfeld 25. zwei Seitenteile A- und B-. Aussteifungsteile 17.7 die gegenüberliegende Endbereiche 18a mit dem Mittelteil 25 verbinden und Versteifungsschenkel aufweist, die sich von den Aussteifungsteilen 17a erstrecken. Die Kopfkanten der Verstärkungsteile 17a sind mit halbkreisförmigen Ausnehmungen 19a verbunden, welche mit ihren in derselben Ebene in die Kopfkanten der Endbereiche 18a und des Mittelteils 25 übergehen. Wie bei der ersten Ausführungsform werden die Versteifungsschenkel 20a nach oben und flach gegen die Aussteifungsteile 17a gebogen, wonach die Kopfkanten in einer geraden Linie parallel zur Längsachse des Stanzteiles angeordnet sind und sich im geringen Abstand unterhalb des Bodens der Ausnehmungen 19a befinden. Ebenso wie bei der ersten Ausführungsform ist die vollständige Kopfkante der Versteifungsschenkel 20 unter Bildung von Stegen 21a quer nach außen weggebogen. Die Stege 21a erstrecken sich im rechten Winkel zur benachbarten ebenen Fläche der Aussteifungsteile 17a. Wie beim bevorzugten Ausführungsbei-

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zur Längsachse des Stanzteiles erstreckt. Sie rager ebenso wie bei der ersten Form seitlich des Standteile! wie die Versteifungsschenkel 20 vor und geher zumindest einseilig in eine flache Lippe 23a über, die zwischen der Kröpfung 22a und der benachbarter Endkante des Stanzteiles liegt.

Wenn das Stanzteil in seine endgültige Form gebrach wird, bildet das Mittelteil 25 ein zylindrisch rohrförmi ges Gehäuse 26, welches axial einen Arm 13 dei

ίο U-Bolzens 10 aufnimmt. Der Körper des Standteile! wird flach gegeneinander gebogen, wobei eine Drehung um die Achse des Gehäuses 26 erfolgt, und zwar um dii offenen Flächen der halbzylindrischen Kröpfungen 22; in Deckung zu bringen. Dabei bilden diese Kröpfunger

γι ein zylindrisch rohrförmiges Gehäuse zur axial ver schiebbaren Aufnahme des anderen Armes 13 de¹ U-Bolzens 10. Bei diesem Formvorgang des Stan/.tcilc wird der Körper des Klemmteiles Smil zwei identischer Seitenteilen A- und B- gebildet, wie dies am bester

2» aus F i g. 9 ersichtlich ist. Die .Seitenbereiche und die Lippen 23a liegen in engem Kontakt aneinander, um: zwar über den gesamten Bereich ihrer Innenflächen wobei die Anlagefläche sowohl das durch die Kröpfun gen 22a gebildete Gehäuse als auch das Gehäuse 26

ji geteilt wird. Das vollständige Klemmteil hat wie da· Klemmteil der bevorzugten Ausfuhrungsform dieselbe Anordnung von vier Dicken eines Stahlbleches, unt zwar iibi-r den größten Bereich seines Versleifungsbe reiches zwischen den U-Bolzen-Armgchäusen. Dabc

id ergibt sich eine Gcsamtdicke von ca. 8,94 mm.

Bei beiden Ausführungsformen wird durch Anziehen der Muttern die Klemmverbindung festgezogen, wenn das Klemmteil auf die Arme des U-Bolzens befestigt und überlappend miteinander verbundene Rohrstückc

ü zwischen der halbkreisförmigen Ausnehmung an der Kopfkante des Klemmteilcs und dem Bügel des U-Bolzens angeordnet wurden. Beim Anziehen der Muttern verschiebt sich das Klemmteil S axial entlang der Bolzenarm·-·. um den Rohrverbindungsbereicn zusammenzudrücken und darin ein kreisringförmiges Bett einzudrücken, um über einen vollen Umfang von

verhindern eine Zerstörung bzw. Verbiegung des Klemmteils.

leder Endbereich 18a des Stanzteils wird in eine halbkreisförmig ausgebildete Kröpfung 22a umgeformt, die sich vom Kopf bis zum Boden dieses Bereiches quer schaffen. Je größer die totale Dicke einer teleskopartigen Rohrverbindung ist, um so höher wird die ti erforderliche Torsionskraft sein, um die Sicherungsmuttern zur Sicherstellung einer absolut dichten Kupplung anzuziehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dreiteilige U-Bolzen-Rohrklemmanordnung, insbesondere zum Verbinden von Auspuffteilen an einem Kraftfahrzeug mit Brennkraftmaschine, mit dem U-Bolzen, ein paar Verschraubungsteilen und einem Sattelstück, gebildet aus einem Paar gleichförmiger länglicher flacher Blechteile, die durch Aufeinanderschweißen in einer Mittelebene einen Steg formen, dessen seitliche Enden als Hülsen zur Aufnahme der beiden Gewindeschenkel des U-BoI-zens gebogen sind und dessen oberer Rand bogenförmig dem zu klemmenden Rohr angepaßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der aufeinanderliegenden Stegteile ein über die untere Begrenzung des Steges (17) überragendes Kantenteil (20) aufweist, das zum vollständigen flächigen Kontakt mit dem Steg (17) bis zu einer Linie etwas un^rhalb des bogenförmigen Randes (19) aufgebogen ist, von der aus das Kantenteilende als Flansch (21) wegragt, der sich praktisch über die ganze Breite des Steges (17) zwischen den Hülsen (22) und rechtwinklig zu diesen sowie zur Ebene des Steges (17) erstreckt.

2. Dreiteilige U-Bolzen-Rohrklemmanordnung, insbesondere zum Verbinden von Auspuffteilen an einem Kraftfahrzeug mit Brennkraftmaschine, mit dem U-Bolzen, ein paar Verschraubungsteilen und einem Sattelstück, gebildet aus einem gleichförmigen länglichen flachen Blechteil, das einen Steg formt, dessen seitliche Enden als Hülsen zur Aufnahme der beiden Gewlndesch-nkel des U-BoI-zens gebogen sind und Jessen oberer Rand bogenförmig dem zu klemmenden "»ohr angepaßt ist, wobei der Stegteil ein über die untere Begrenzung des Steges überragendes Kantenteil aufweist, das zum vollständigen flächigen Kontakt mit dem Steg bis zu einer Linie etwas unterhalb des bogenförmigen Randes aufgebogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Sattelstück (S) mit einem Paar von Blechteilen, die aufeinandergeschweißt sind, aus einem einzigen seitlich aneinanderhängendem Blechzuschnitt mit einer Bogenhülsc (26) und mit einer Randschweißung (23,24) längs der zweiten Hülse (22a) gebildet ist, wobei vom bogenförmigen Rand des Steges (17, 17a,Jaus das Kantenteilende als Flansch (2Ia^ wegragt, der sich praktisch über die ganze Breite des Steges (17a^ zwischen den Hülsen (22a, 26) und rechtwinklig zu diesen sowie zur Ebene des Steges (17a^ erstreckt.