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Elastische Rohrverbindung, ins-
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besondere für eine Abgasleitung Die Erfindung betrifft eine elastische
Verbindung der im Oberbegriff des Hauptanspluchs angegebenen Art.
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Insbesondere bei einer Abgasleitung tritt eine Reihe von Problemen
auf, die in ihrer Kombination schwer zu beherrschen sind. So ist es einerseits erforderlich,
Erschütterungen aufzufangen bzw.
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zu kompensieren, die durch Bewegungen des Antriebsaggregats beim Kuppeln,
durch Schwingungen des Aggregats infolge freier Kräfte bzw. Momente im ganzen Drehzahlbereich
oder auch durch Aggregatschwingungen infolge Ungleichförmigkeit des Kurbeltriebs
erzeugt werde. Die Größe all dieser Erschütterungen ist abhängig von der Bauart
des Antriebsaggregats (Reihenmotor, Boxermotor, Zylinderzahl), von der Einbaulage
desselben (besonders stark sind die erstgenannten Aggregatbewegungen bei quer eingebau#ten
Aggregaten) und schließlich der Lagerung des Aggregats.
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Diese Beanspruchungen der Abgasleitung erfordern eine Unterteilung
derselben und eine entsprechende Ausgestaltung der Verbindungsstelle
zwischen
den einander benachbarten Rohren. Erschwert wird die Ausbildung dieser Verbindungsstelle
dadurch, daß infolge der hohen Temperaturen der Abgase von der Abgasleitung eine
hohe Korrosionsbeständigkeit verlangt wird, so daß die Materialwahl auch im Bereich
der definierten Verbindungsstelle nicht allein im Hinblick auf die Kompensation
der erwähnten Erschütterungen getroffen werden kann. Schließlich muß die Verbindungsstelle
auch so ausgelegt sein, daß sie die erforderliche Dichtigkeit aufweist.
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An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung verständlicherweise
nicht nur bei Abgasleitungen Einsatz finden kann, wenn dieser Anwendungsfall auch
als der bevorzugte stets bei der Beschreibung der Erfindung herangezogen wird. Die
Erfindung läßt sich mit Vorteil vielmehr immer dann einsetzen, wenn eine zumindest
zwei Rohre aufweisende Leitung vorliegt, die zwischen den beiden Rohren mit einer
Einrichtung versehen werden muß, die einerseits eine dichte Verbindung sicherstellt
und andererseits zumindest in einem gewissen Rahmen in allen Richtungen und um beliebige
Achsen Relativbewegungen zwischen den Rohren zuläßt Eine elastische Rohrverbindung
mit den im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Merkmalen ist aus der DT-OS
2 156 713 in der Weise bekannt, daß als gewelltes Teil ein Faltenrohr in axialer
und radialer Richtung in dem definierten Zwischenraum eingespannt ist. Wenn auch
diese Ausbildung des gewellten Teils in einem gewissen Rahmen Relativbewegungen
zwischen den miteinander verbundenen Rohren unter Wahrung der erforderlichen Dichtigkeit
zuläßt, sind die Bewegungen in den verschiedenen Richtungen, d.h.
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in axialer und in radialer Richtung sowie im Sinne einer Neigung der
Rohrachse gegeneinander, doch im Hinblick auf die allseitige Einspannung des Faltenrohres
sehr begrenzt. Daher dürfte die bekannte elastische Rohrverbindung kaum geeignet
sein für den Einsatz bei einem quer liegenden Aggregat.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elastische Verbindung
der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Art so auszubilden, daß sie gleichsam
als Schwingungskompensator unter Wahrung der erforderlichen Dichtigkeit der Verbindung
zwischen den beiden Rohrenden eine möglichst große Zahl von Freiheitsgraden für
die verschiedenen Relativbewegungen besitzt, wobei die Konstruktion außerdem vom
Prinzip her so getroffen sein soll, daß bei großen Amplituden der Erschütterungen,
wie sie beispielsweise beim Kuppeln und Starten auftreten, das in erster Linie für
die Abdichtung maßgebende Bauteil, nämlich das gewellte Teil, durch zusätzliche
Maßnahmen vor Uberbeanspruchung geschützt werden kann. Die erfindungsgemäße Lösung
dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Hauptanspruchs.
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Während bei dem angegebenen Stand der Technik das gewellte Teil als
Faltenrohr sich primär in axialer Richtung erstreckt, verwendet die Erfindung also
zumindest eine Ringmembran, d.h. ein sich primär in radialer Richtung erstreckendes
Bauteil. Diese Ringmembran ist nur im Bereich ihrer beiden Ränder gehalten, nicht
aber allseitig eingespannt, so daß sie unter Verformung der umlaufenden Wellung
verhältnismäßig große Relativbewegungen der Rohrenden sowohl in radialer als auch
in axialer Richtung zuläßt, wobei infolge der Eigenschaften der Ringmembran auch
Verkantungen der Rohre, also im Betrieb auftretende Winkel zwischen den Achsen derselben,
aufgenommen werden können.
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Schon aus Gründen der Montage wird man eine Konstruktion gemäß Anspruch
3 wählen, die den Zusammenbau der eigentlichen Verbindung bereits außerhalb der
Rohre und das Einsetzen der Verbindung als Einheit in die Rohre zuläßt. Eine entsprechende
Ausgestaltung gibt Anspruch 5 im einzelnen an. Durch die getroffene Abstandswahl
kommen bei großen Stößen also die unterschiedlichen Ringteilen zugehörigen Flanschbereiche
zur Auflage aufeinander und schützen damit die Membran vor unzulässig großen Verformungen.
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Eine entsprechende Maßnahme zur Begrenzung des radialen Versatzes
zwischen den beiden Rohrenden beschreibt Anspruch 6. Demgemäß ist es möglich, für
die Ringmembran ein verhältnismäßig dünnes Material, beispielsweise 0,2 mm starkes
Blech, zu verwenden.
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Damit der Maximalwert des zulässigen radialen Versatzes über die radialen
Abstände zwischen dem einen Ringteil und den freien Rändern der Flanschbereiche
des anderen Ringteils unabhängig von dem zulässigen Maximalwert des Winkels zwischen
den Rohrachsen gewählt werden kann, wird man die freien Ränder der Flanschbereiche
des anderen Ringteils, wie in Anspruch 7 angegeben, in Richtung auf den benachbarten
Rand der Ringmembran ziehen, so daß diese freien Ränder bei Verkantungsbewegungen
möglichst in der neutralen Zone liegen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für den Fall einer elastischen
Rohrverbindung im Zuge einer Abgasleitung wird im folgenden anhand der Figuren erläutert,
voii denen Figur 1 einen Längsschnitt durch die Verbindung und Figur 2 die Anordnung
derselben im Rahmen der Abgasleitung wiedergeben.
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Betrachtet man zunächst Figur 1, so wird das Ende 1 des Rohres 2 konzentrisch
umgeben von dem entsprechend erweiterten Ende 3 des Rohres 4. Dadurch entsteht ein
ringförmiger Zwischenraum 5, der nach außen abgedichtet ist durch zwei in diesem
Ausführungsbeispiel mit gegensinniger Wellung im Bereich ihrer Ränder zusammengefügte
Ringmembranen 6 und 7. Diese Membranen weisen also sich ebenfalls ringförmig schließende
Wellen oder Sicken beliebiger Anzahl auf. Sowohl im Bereich ihres Innenrandes 8
als auch im Bereich ihres Außenrandes 9 ist die Ringmembrananordnung 6, 7 eingeklipst
in jeweils eine umlaufende Nut 10 bzw. 11 in einem aus Stahlblech bestehenden Ringteil
12 bzw. 13. Diese-Ringteile liegen mit Wülsten 14 bzw. 15 auf dem Außenmantel des
Rohres 2 bzw. dem Innenmantel des Rohres 4 dicht auf, so daß eine gute Abdichtung
für
etwa durch den Spalt 16 in den Ringraum 5 eintretendes Abgas
gewährleistet ist.
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Betrachtet man das Ringteil 12, das in diesem Ausführungsbeispiel
formschlüssig durch nach innen umgelegte Lappen 17 oder dergleichen des Rohrendes
3 axial festgelegt ist, so besitzt es in Richtung nach innen weisende Flanschbereiche
18, die nach außen weisende Flanschbereiche 19 an dem anderen Ringteil 13 unter
Wahrung von hier gleichen axialen Abständen a einschließen. Die Flanschbereiche
19 des anderen Ringteils 13, das hier ebenfalls formschlüssig durch nach außen abgebogene
Lappen 20 oder dergleichen sowie durch Vorsprünge 21 an dem Rohrende 1 gehalten
ist, enden in einem radialen Abstand b vor dem Grundbereich des Ringteils 12. Weiterhin
sind sie bei 22 in Richtung auf den Außenrand 9 der Membrananordnung 6, 7 gezogen,
und zwar nur so weit, daß sie sich auch bei Axialbewegungen der Größe a noch nicht
auf die Membrananordnung 6, 7 auflegen.
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Die maximal möglichen axialen Relativbewegungen zwischen den Rohren
2 und 4 sind also gegeben durch die Größe des Abstands a. Dieser Abstand ist auch
bestimmend für die größte Neigung c der beiden Rohre 2 und 4 gegeneinander, die
die Membrananordnung 6, 7 noch kompensieren muß. Bei Überschreiten dieses maximalen
Winkels kommt es zu einer örtlichen Anlage eines der Fl2nsonbereiche 19 auf einem
der Flanschbereiche 18, wobei die letzteren zweckmäßigerweise etwas federnd ausgebildet
sind. Die in Richtung auf den Außenrand 9 der Membrananordnung 6, 7 weisenden Bereiche
22 dienen dazu, zu verhindern, daß es beim Eintreten dieses Winkels bereits zu einer
Auflage der freien äußeren Ränder der Flanschberelche 19 auf dem Ringteil 12 kommt.
Ist die Membrananordnung 6, 7 und damit auch das Ringteil 13 sehr schmal, so kann
gegebenenfalls auf einen derartigen abgebogenen Bereich 22 verzichtet werden. Auf
jeden Fall ist gewährleistet, daß der durch diese elastische Verbindungsanordnung
kompensierte
axiale Versatz der beiden Rohre 2 und 4 gegeneinander und der radiale Versatz durch
voneinander unabhängige Wahl der Größen a und k unabhängig voneinander eingestellt
werden können.
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Schließlich ist es auch möglich, durch geeignete Wahl der Abstände
d zwischen den freien äußeren Rändern der Flanschbereiche 19 einerseits und der
Membrananordnung 6, 7 andererseits den maximalen Winkel c unabhängig von dem Abstand
a einzustellen.
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In dem Abstand a kann gegebenenfalls auch zusätzlich eine Tellerfeder
vorgesehen sein, falls der Flanschbereich 18 nicht genügend federnd ausgebildet
werden kann.
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Figur 2 zeigt die Anordnung der allgemein mit 30 bezeichneten, in
ihren Einzelheiten in Figur 1 dargestellten elastischen Verbindung im Rahmen der
Abgasleitung eines quer liegenden Antriebsaggregats 31. Der Schwingungskompensator
30 ist im vorderen Bereich der Abgasleitung 32 vorgesehen. Dadurch ist eine Kompensation
der verschiedenen Bewegungen bereits nahe ihrem Entstehungsort gewährleistet, ohne
daß diese Bewegungsamplituden durch lange starre Rohre in größere Bewegungsamplituden
umgesetzt werden, zu deren Kompensation dann auch entsprechend größere Vorrichtungen
erforderlich wären.