DE2838990A1

DE2838990A1 - Gelenkartige verbindung fuer abgasleitungen

Info

Publication number: DE2838990A1
Application number: DE19782838990
Authority: DE
Inventors: Wieland Dipl Ing Dr Holzhausen
Original assignee: PFORZHEIM METALLSCHLAUCH; Metallschlauch Fabrik Pforzheim Vorm HCH Witzenmann GmbH
Current assignee: PFORZHEIM METALLSCHLAUCH; Metallschlauch Fabrik Pforzheim Vorm HCH Witzenmann GmbH
Priority date: 1978-09-07
Filing date: 1978-09-07
Publication date: 1980-03-20
Also published as: DE2838990C2

Description

Gelenkartige Verbindung für Abgas-
leitungen Die Erfindung betrifft eine gelenkartige Verbindung für die Abgasleitung von Kraftfahrzeugen, insbesondere für Zwillingsrohre, wobei die Anschlußflansche axial federnd miteinander verspannt sind.
Eine derartige Gelenkverbindung ist durch die DE-AS 16 25 982 bekannt geworden. Sie betrifft eine Art Kugelgelenk, bei des die sphärischen Gleitflächen der beiden Flanschteile federnd auf die konvexen, ringförmigen Gleitflächen eines Gelenkringes gepreßt werden, so daß eine metallisch gleitende Kontaktdichtung entsteht. Die Anpressung erfolgt durch Druckfedern, die auf der die Flansche durchquerenden Verbindungsschraube angeordnet sind.
Damit die Verschwenkung der beiden Anschlußrohre nicht durch den Reibungswiderstand an den Gleitflächen blokkiert wird, kann die Anpressung nicht so hoch gewählt werden, wie es zur Erzielung einer dichten Rohrverbindung notwendig wäre. außerdem ist die Beweglichkeit stark von der Korrosion an den Gleitflächen abhängig und schließlich ist diese Verbindung nicht zum Ausgleich von Axialbewegungen und auch nicht zum Ausgleich von Lateralbewegungen geeignet.
Die DE-OS 23 53 914 zeigt eine gelenkige Verbindung für Abgasrohre, für die im wesentlichen-das oben Gesagte zutrifft. Lediglich bei der Ausführung gemäß Fig. 2 kann durch die Dichtmanschette die Leckrate verringert werden.
Ferner ist durch die DE-OS 25 25 946 die Verbindung von zwei Abgasrohren in Form einer Schiebemuffe bekannt.
Damit können Axialverschiebungen, aber keine Angular-und Lateralbewegungen aufgenommen werden. Auch ist die Dichtheit dieser Verbindung problematisch.
Mit den bekannten Lösungen war deshalb nicht viel mehr als ein Ausgleich von Montagetoleranzen zu erreichen, während sie für die Aufnahme der Schüttelbewegungen im Fahrbetrieb ungeeignet sind.
Schließlich sind durch die DE-OS 25 04 544 der gleichen Anmelderin flexible Leitungselemente für Abgasleitungen in Form von Wellrohren bekannt, deren Anschlußflansche durch das Wellrohr außen übergreifende, blattfederartige Stege gegeneinander abgestützt sind. Dieses Verbindungsstück ist jedoch axial steif.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die bekannten gelenkartigen Verbindungen dahingehend zu verbessern, daß bei hoher Dichtheit maximale Beweglichkeit sowohl in axialer als auch in lateraler als auch in angularer Richtung garantiert ist, und zwar auch dann, wenn es sich um die Verbindung von Zwillingsrohren handelt. Außerdem soll das verwendete flexible Schlauch- bzw. Balgelement von den auftretenden Reaktionskräften entlastet und die angeschlossenen Rohre schwingungstechnisch voneinander entkoppelt werden, wobei auftretende Schwingungen zumindest gedämpft werden.
Ausgehend von der gelenkartigen Verbindung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Anschlußflansche in beiden Axialrichtungen zueinander beweglich geführt sind, daß die Abgasleitung zwischen den Anschlußflanschen durch zumindest einen mit seinen Enden hieran festgelegten, flexiblen Metallschlauch erfolgt und daß das die Verspannung der Flansche bewirkende Pederelement den Metallschlauch etwa in seiner Mittellage zu halten bestrebt ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß sowohl ein Stauchen als auch ein Strecken der Verbindung möglich ist, so daß volle axiale Beweglichkeit gesichert ist. Darüber hinaus ist die Verbindung ohne zusätzlichen konstruktiven Aufwand auch angular und lateral beweglich. Ein besonderer Vorteil besteht schließlich darin, daß die Beweglichkeit bei hoher uicntheit der Verbindung erzielt wird und daß die Gelenkverbindung relativ kostengünstig in der Herstellung ist.
Für die gefederte Führung der Flansche mit dem gewünschten Spielraum in axialer, lateraler und angularer Richtung sind verschiedene Lösun6en denkbar. Als Federelemente kommen beliebige Konstruktionen, beispielsweise Gummi- oder Gummimetallelemente oder Schraubenfedern in Betracht. Die vom Teileaufwand günstigste Konstruktion ist in Anspruch 2 beschrieben, da hier das Federelement zugleich auch zur Führung der beiden Flansche dient. Es läuft dabei um den oder die Metallschläuche herum und fungiert auch als Schutz, insbesondere gegen auftreffende Steine. Wird dabei ein Gummimetallelement verwendet, so kann dieses etwa als Hohlzylinder ausgebildet sein. Allerdings bietet diese Bauform nur wenig Spielraum bei der Federdimensionierung, so daß man stattdessen die bewegliche Verbindung der Flansche mit den Merkmalen des Anspruches 3 herbeifiihren kann. Die Federelemente sind dann nicht mehr koaxial, snndern parallel zum Metallschlauch angeordnet. Sind dabei die Flansche unmittelbar an den Führungsschrauben geführt, so müssen sie am einen Flansch überstehen, um die gewünschte axiale Dehnungsreserve zur Verfügung zu stellen. Stattdessen kann der eine Flansch auch über axial in Richtung zum Anschlußflansch hin versetzte Bohrungen geführt werden, wodurch sich ein axialer überstand der Führungsschrauben über die Flansche hinaus erübrigt.
Anspruch 4 fördert die Angular- und Lateralbeweglichkeit der Gelenkverbindung und Anspruch 5 betrifft eine konstruktiv besonders vorteilhafte Kombination der Federelemente mit den Führungsschrauben.
Die in den Ansprüchen 6 und 7 beschriebene doppelseitige Verspannung der Flansche sichert eine besonders wirkungsvolle schwingungstechnische Entkopplung. Diese läßt sich noch dadurch unterstützen, daß gemäß Anspruch 9 zwischen den Flanschen ein Dämpfungsglied vorgesehen ist. Dieses Dämpfungsglied kann mit dem Aletallschlauch kombiniert sein, etwa indem ein gewickelter Schlauch verwendet wird, der selbst als Reibungsdämpfer wirkt. Das Dämpfungsglied kann aber auch mit dem Federelement kombiniert sein, und zwar entweder gemäß den Ansprüchen 12 bis 14 oder gemäß den Ansprüchen 15 und 16, wobei im letztgenannten Fall sog. Wikkelreibungsfedern verwendet werden können, die bis zu etwa 75 ## der Stoßenergie verzehren.
Der Metallschlauch ist vorzugsweise als Wickelsohlauch ausgebildet, kann jedoch auch ein Wellschlauch oder Balg sein.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele anhand von Zeichnungen; dabei zeigt: Fig. 1 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Gelenkverbindung; Fig. 2 eine Draufsicht auf die Verbindung gemäß Fig. 1 und Fig. 3 eine Feder mit stoßdämpfender Wirkung.
In den Fig. 1 und 2 ist die erfindungsgemäße Gelenkverbindung für Zwillingsrohre dargestellt. Sie besteht aus zwei formgleichen Anschlußflanschen 1 und 2, die jeweils zwei Bohrungen 1a, 1b bzw. 2a, 2b aufweisen, in denen die Enden zweier parallellaufender Wickelschläuche 3 und 4 verschweißt sind.
Die federnde Führung zur Aufnahme der Reaktionskräfte könnte zwar auch schräg zu den Wickelschläuchen-verlaufen, sie ist vorzugsweise aber parallel zu diesen angeordnet, im Ausführungsbeispiel in der Nittellängs ebene, und zwar oberhalb und unterhalb der Wickelschläuche, Sie besteht jeweils aus einer Führungsschraube 5 bzw. 6, die die beiden Flansche 1 und 2 durchquert, Auf dem Schaft der Fiihrungsschraube 5 bzw. 6 sitzen jeweils zwei Schraubenfedern 7 und 8 bzw. 9 und 10, die zwischen dem am Schraubenkopf aK-liegenden Flansch 1 und einer am anderen Schraubenende sitzenden Nutter 11 bzwl 12 gegeneinander verspannt sind. Zwischen zwei aufeinanderfolgende Federn greift jeweils eine mit dem anderen Flansch 2 verbundene Hülse 13 bzw. 14 ein. Ihre Lunge ist so bemessen, daß sie nach Einstellung der gewjinschten Federvorspannung mittels der Mutter 11 bzw. 12 den Flansch 2 etwa in der Mitte zwischen der Position des maximal gestauchten Schlauches und der position des maximalen auseinandergezogenen Schlauches halt. Dadurch ist in beiden Axialrichtungen geniigend Bewegungsreserve vorhanden.
Damit die Gelenkverbindung auch in Lateral- und Angularrichtung Bewegungsfreiheit hat, sind die Durchtrittsbohrungen der Führungsschrauben durch die Flansche etwas größer gewählt als der Schraubendurchmesser, und zusätzlich ist jeweils zwischen dem Schraubenkopf und dem benachbarten Flansch 1 eine Kugelsoheibe 15 und eine Kugelpfanne 16 angeordnet. Ebenso ist auch der Durchmesser der Hülsen 13 und 14 im Bereich der Feder überdeckung sowie im Bereich der Einschnürung 14a ausreichend groß bemessen, um ein Verkanten auszuschließen Die Federcharakteristik und die Vorspannung sind so bemessen, daß die größtmöglichen Reaktionskräfte bei einem Federweg aufgenommen werden, der noch keine unzulässig hohe Bewegung der Wickelschläuche bedingt.
Um die Einstellmuttern 11 und 12 in ihrer gewünschen Position zu fixieren, können sie beispielsweise durch einen Splint od. dgl. zusätzlich gesichert werden.
Neben dem weiter vorn angesprochenen Fall, wo die beiden Flansche unter Verzicht auf zusätzliche Führungselemente unmittelbar an den Enden von beispielsweise zwei die Wickelschläuche umgebenden Schraubenfedern festgelegt sind, liegt es auch im Rahmen der Erfindung, mit einzelnen vorgespannten Federn zu arbeiten. In diesem Fall erfolgt die Abstützung des Flansches 2 etwa im Mittelbereich der von' Flansch 1 bis zur Einstellmutter 11 bzw. 12 durchgehenden Feder mittels einer Stütze, die beispielsweise zahnartig von außen zwischen die Federwindungen eingreift und dadurch die Axialkräfte vom Flansch 2 in die Feder einleitet, und zwar in beiden Federungsrichtungen.
Die in Fig. 2 sichtbaren Durchgangslöcher 17 dienen zum Anschrauben der Anschlußrohre an die beiden Flansche 1 und 2.
Fig. 3 zeigt eine vorteilhafte Alternativlösung für die Ausbildung der Federanordnung. Dabei handelt es sich um zwei auf der zugehörigen Spannschraube 5a angeordnete, gegeneinander verspannte Plachbandschraubenfedern 18 und ls, die konisch überlappend gewickelt sind. Beim Ein- und Ausfedern reiben die einzelnen Bandlagen aneinander, wodurch sich eine starke stoßdämpfende Wirkung einstellt. Solche Federn werden auch als Wikkelreibungsfedern bezeichnet. Durch den gegensinnigen Einbau ist sichergestellt, daß sie in beiden Richtungen dämpfend wirken.
Eine andere, zeichnerisch nicht dargestellte Möglichkeit der Reibungsdämpfung besteht darin, über eine Runddraht-Schraubenfeder eine Flachdraht-Schraubenfeder zu sprengen, und zwar vorzugsweise mit gegenläufiger Wicklungsrichtung, so daß es beim Federn zu relbungsbehafteten Relativbewegungen zwischen beiden Federn kommt.

Claims

Patentansprüche Gelenkartige Verbindung für Abgasleitungen von Kraftfahrzeugen, insbesondere für Zwillingsrohre, wobei die Anschlußflansche axial federnd miteinander verspannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußflansche (1, 2) in beiden Axialrichtungen zueinander beweglich geführt sind, daß die Abgasleitung zwischen den Anschlußflanschen (1, 2) durch zumindest einen mit seinen Enden hieran festgelegten, flexiblen Netallschlauch (3, 4) erfolgt und daß das die Verspannung der Flansche (1, 2) bewirkende Federelement (7, 8, 9, 10) den MetaZlschlauch (3, 4) etwa in seiner mittellage zu halten bestrebt ist.
2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Verbindung der Flansche durch zumindest eine an ihren Enden mit den Flanschen verbundene Feder erfolgt.
3. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Verbindung der Flansche (i, ~2) durch um den Netallschlauch (3, 4) herumgruppierte Führungsschrauben (5, 6) erfolgt, die mit Querspiel durch die Flansche hindurchlaufen.
4. Verbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage der Führungsschrauben (5, 6) am Flansch (1) über Kugelscheiben (15) und Kugelpfannen (16) erfolgt.
5. Verbindung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente als auf den Führungsschrauben (5, 6) sitzende Schraubenfedern (7, 8, 9, 10) ausgebildet sind.
6. Verbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfedern (7, 8, 9, 10) vorgespannt sind und der eine Flansch (2) etwa im Mittelbereichder Federn an diesen befestigt ist.
7. Verbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Schraubenfedern (7, 8, 9, 10) auf jeder Führungsschraube (5 bzw. 6) gegeneinander verspannt sind und daß der eine Flansch (2) mittels zumindest einer Stütze (13, 14) zwischen die beiden Schraubenfedern (7, 8 bzw. 9, 10) greift.
8. Verbindung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stütze als die eine Schraubenfeder (8, 10) umgebende Hülse (13 bzw. 14) ausgebildet ist.
9. Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Flanschen (1, 2) ein Dämpfungsglied vorgesehen ist.
10. Verbindung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsglied mit dem Wickelschlauch (3, 4) kombiniert ist.
11. Verbindung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsglied mit dem Federelement kombiniert ist.
12. Verbindung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwei koaxiale Federn reibschlüssig übereinander angeordnet sind.
13. Verbindung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flachdraht-Schraubenfeder über eine Runddraht-Schraubenfeder gesprengt ist.
14. Verbindung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden übereinander gesprengten Federn einen gegenläufigen Wicklungssinn aufweisen.
15. Verbindung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement eine konisch überlappend gewickelte Flachband-Schraubenfeder (18, 19) ist.
16. Verbindung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die konisch überlappenden Schraubenfedern (18, 19) jeweils paarweise gegensinnig angeordnet worden sind.
17. Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschläuche (3, 4) als Wickelschlauche ausgebildet sind.