DE29722732U1

DE29722732U1 - Auspuffkrümmer für Verbrennungsmotoren

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Publication number: DE29722732U1
Application number: DE29722732U
Authority: DE
Original assignee: Heinrich Gillet GmbH
Current assignee: Tenneco GmbH
Priority date: 1997-12-23
Filing date: 1997-12-23
Publication date: 1998-02-26
Anticipated expiration: 2007-12-24

Description

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DIPL.-ING. F. W. MOLL · DIPL.-ING. H. CH. BITTERICH ZUGELASSENE VERTRETER VOR DEM EUROPÄISCHEN PATENTAMT

LANDAU/PFALZ

19.12.1997 B/Fa,

Heinrich Gillet GmbH & Co. KG, 67480 Edenkoben

Auspuffkrümmer für Verbrennungsmotoren

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Beschreibung:

Die Erfindung betrifft Auspuffkrümmer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für Verbrennungsmotoren mit einer Mehrzahl von in Reihe angeordneten Zylindern.

Ursprünglich wurden die Auspuffkrümmer, bestehend aus Zylinderkopfflansch, Krümmerrohren und Sammelrohr einstückig gegossen. Diese Gußteile hatten notwendigerweise eine große Wandstärke, ein hohes Gewicht und einen großen Platzbedarf.

Später ging man alternativ dazu über, die Auspuffkrümmer aus gegossenen Einzelteilen zusammenzusetzen. Dabei war beabsichtigt, möglichst viele identische Teile zu verwenden. Dadurch konnten zwar die Formkosten gesenkt werden, der Platzbedarf und das Gewicht jedoch nicht. Außerdem mußte man feststellen, daß sich die Einzelteile während des Betriebs aufgrund der Temperaturen von bis 900 "C in unkontrollierbarer Weise verzogen.

Zur Beseitigung dieser Probleme wird in der DE-A 15 76 357 vorgeschlagen, die mit den Krümmerrohren verbundenen Flansche, d. h. den Zylinderkopfflansch und die Verbinderflansche, jeweils mit hoher Eigensteifigkeit und die Krümmerrohre aus hochwarmfestern Blech herzustellen. Als Material für den Flansch wird Temperguß, als Material für die Rohre austenitisches Blech empfohlen. Die Verbindung zwischen den Krümmerrohren und den Flanschen ist gasdicht geschweißt.

In Auspuffkrümmern treten erhebliche thermische Spannungen auf. Der zylinderkopfseitige Flansch wird durch den wassergekühlten Motorblock gekühlt und erreicht Temperaturen bis zu ca. 200 "C. Die Krümmerrohre und das Sammelrohr dagegen werden von den Abgasen bis auf 900 ⁰C erwärmt. Da die Flansche eine hohe Eigensteifigkeit besitzen, müssen die

thermischen Dehnungen von den Krümmerrohren aufgenommen werden. Dabei hat sich herausgestellt, daß insbesondere die Verbindungsschweißnähte die Schwachstellen bilden, und zwar nicht zuletzt deshalb, weil durch den Schweißvorgang Änderungen im Materialgefüge auftreten, die die Festigkeit schwächen.

Aus der EP-A 0 178 430 ist ein Auspuffkrümmer bekannt, bei dem der zylinderkopfseitige Flansch aus mehreren miteinander verbundenen, insbesondere verlöteten Blechplatinen besteht. Dabei besteht die Möglichkeit, an der äußeren Platine einen Rohrstutzen einstückig anzuformen, der dann ein Krümmerrohr aufnimmt. Die Befestigung der Krümmerrohre mit dem Flansch bzw. dem Rohrstutzen wird gasdicht geschweißt, so daß auch hier die mit dem Schweißen verbundenen Nachteile auftreten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Auspuffkrümmer für Verbrennungsmotoren mit einer Mehrzahl von in Reihe angeordneten Zylindern anzugeben, bei dem nicht geschweißt oder gelötet werden muß.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Auspuffkrümmer mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion bilden die Enden der Krümmerrohre selbst die eigentliche Dichtfläche. Aus diesem Grunde ist eine gasdichte Schweißung entbehrlich. Die Flansche haben nur noch die Aufgabe, die Krümmerrohre in Position zu halten und den für eine einwandfreie Abdichtung nötigen Anpreßdruck zu erzeugen. Feste Verbindungen zwischen den Flanschen und den Krümmerrohren sind daher nur noch für Transport, Lagerung und Montage der Auspuffkrümmer erforderlich und dabei genügen einfach herzustellende form- oder kraftschlüssige Verbindungen, wobei den formschlüssigen Verbindungen der Vorzug zu geben ist.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist in die Rohröffnung des Flansches eine umlaufende Nut eingearbeitet und das Krümmerrohr wird in diese Nut einkalibriert. Hierzu genügt ein relativ einfaches Innenwerkzeug, welches die Rohrwand an der betreffenden Stelle aufspreizt.

Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist an das Krümmerrohr eine umlaufende Nase angeformt, die sich auf der Außenseite des Flansches abstützt. Die Herstellung dieser Nase erfolgt wieder durch ein einfaches Innenwerkzeug. Eine besondere Bearbeitung der Rohröffnung ist entbehrlich.

Gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung sind an das Krümmerrohr Noppen oder auch eine umlaufende Sicke angeformt. Diese stützen sich auf die Außenseite des Flansches ab und geben so dem Krümmerrohr zusätzlichen Halt. Die Herstellung derartiger Noppen oder Sicken ist besonders einfach.

Vorzugsweise ist die Wandstärke der Krümmerrohre im Bereich des Flansches vergrößert. Dadurch wird die Biegefestigkeit der Rohre im Flanschbereich verbessert und einem vorzeitigen Ermüdungsbruch am Übergang zum Flansch vorgebeugt.

Eine Stabilisierung der Krümmerrohre im Obergangsbereich zum Flansch läßt sich auch dadurch erreichen, daß Stützplatinen mit einem etwa U-förmigen Querschnitt vorgesehen sind, wobei wenigstens ein U-Schenkel ein Krümmerrohr seitlich stützt. Diese Stützplatinen sorgen für einen weichen Übergang vom Rohr zum Flansch. Sie können wie der Flansch selbst durch die entsprechenden Befestigungseinrichtungen, üblicherweise Stehbolzen und Muttern, gehalten werden.

Die Stützplatinen können auch mehrteilig ausgeführt sein. Gegebenenfalls können am Krümmerrohr Noppen oder Nasen

angeformt sein, die sich auf die Oberseite der Stützplatine stützen. Diese Noppen oder Nasen halten die Stützplatine so lange in Position, bis diese Aufgabe von den Befestigungseinrichtungen übernommen wird.

Alternativ können die Stützplatinen auch durch Bleche mit einer relativ großen Materialstärke bzw. mit entsprechend tiefen Durchzügen realisiert werden.

Vorteilhafterweise besitzt der Flansch um die Rohröffnungen umlaufende, mit den Rohrenden korrespondierende Vertiefungen. Dadurch sitzen die Dichtflansche geschützt in der Platine.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 rein schematisch einen Auspuffkrümmer, angeflanscht an einen Zylinderkopf,

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Flansch-Rohr-Verbindung,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Flansch-Rohr-Verbindung,

Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Flansch-Rohr-Verbindung,

Fig. 5 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Flansch-Röhr-Verbindung,

Fig. 6 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Flansch-Rohr-Verbindung und

Fig. 7 rein schematisch ein Krümmerrohr mit Flanschen an

- 5 beiden
Enden.

Fig. 1 zeigt rein schematisch einen Auspuffkrümmer 10, angeflanscht an einen ausschnittsweise dargestellten Zylinderkopf 1 eines Vierzylinder-Reihenmotors. Der Zylinderkopf 1 ist teilweise geschnitten, so daß die Zylinderauslässe 2.1, 2.2, 2.2, 2.4 erkennbar sind.

Der Auspuffkrümmer 10 besteht aus einem zylinderkopfseitigen Flansch 11 mit Rohröffnungen, von denen je ein Krümmerrohr 13.1, 13.2, 13.3, 13.4 abgeht. Die Krümmerrohre 13.1 ... 13.4 münden in ein gemeinsames Abgas-Sammelrohr 14.

Zur Befestigung des Flansches 11 sind am Zylinderkopf 1 Stehbolzen 3 angebracht.

Der Zylinderkopf 1 ist gekühlt, üblicherweise wassergekühlt und erwärmt sich im Betrieb auf maximal 120 "C. Wegen der großflächigen Anlage erreicht auch der Flansch 11 nur ca. 200 ⁰C. Die Krümmerrohre 13.1 ... 13.4 und das Sammelrohr dagegen werden durch die heißen Abgase auf Temperaturen bis zu 900 ⁰C erwärmt. Diese Temperaturdifferenz von bis zu 700 "C führt zu hohen mechanischen Spannungen im Auspuffkrümmer 10. Diese Spannungen wirken besonders auf das jeweils schwächste Teil der Konstruktion. Dies sind die Obergangsstellen zwischen den Krümmerrohren 13.1 ... 13.4 und dem Flansch 11 und die Schweißnähte zwischen den Krümmerrohren 13.1 ... 13.4 und dem Sammelrohr 14 sowie bei den Konstruktionen nach dem Stand der Technik zwischen Krümmerrohren 13.1 ... 13.4 und dem Flansch 11.

Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Flansch-Rohr-Verbindung, die nicht geschweißt und trotzdem gasdicht ist. Der Flansch 11 besitzt zylinderkopfseitig eine die Rohröffnung 12 umgebende Nut 17. Das Ende 20 des Krümmerrohrs 13.1 ist nach außen gestellt, passend zu der

Nut 17. Das Krümmerrohr 13.1 sitzt teils formschlüssig, teils kraftschlüssig im Flansch 11. Die freie Oberfläche des Rohrendes 20 ist als Dichtfläche bearbeitet und bewirkt somit die gasdichte Verbindung zürn Zylinderkopf. Der Flansch 11 hat lediglich noch die Aufgabe, das Krümmerrohr 13.1 in Position zu halten und den für die gasdichte Verbindung erforderlichen Anpreßdruck zu erzeugen.

Um bei dünnen Flanschen 11 einen zusätzlichen Halt des Krümmerrohrs 13.1 zu erzielen, ist eine zusätzliche Stützplatine 5 mit U-förmigem Querschnitt vorgesehen. Ein U-Schenkel stützt das Krümmerrohr 13.1 seitlich und reduziert so die Kräfte an der Übergangsstelle zum Flansch 11. Die Stützplatine 5 kann auf die Stehbolzen 3 aufgesteckt und zusammen mit dem Flansch 11 mittels Mutter 4 befestigt werden.

Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Flansch-Rohr-Verbindung. In die Rohröffnung 12 des Flansches ist eine umlaufende Nut 18 eingearbeitet. Mit Hilfe eines Innenwerkzeugs ist das Rohr in die Nut 18 einkalibriert, wodurch eine umlaufende Nase 21 entsteht, die für die gewünschte form- und kraftschlüssige Verbindung sorgt und als Gegenhalter beim Anstauchen des Rohrs dient.

Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht der Flansch 11 aus zwei Blechplatinen 15, 16. Dies vereinfacht die Herstellung.

Fig. 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Flansch-Rohr-Verbindung. Mit Hilfe eines Innenwerkzeugs ist knapp oberhalb des Flansches 11 eine umlaufende Nase oder Sicke 22 eingearbeitet, die sich auf der Außenseite des Flansches 11 abstützt. Zusätzlich ist auch hier eine Stützplatine 5 vorgesehen.

Fig. 5 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel für eine

Flansch-Rohr-Verbindung. Hier wurde die umlaufende Nut 17 durch einen Schmiedevorgang erzeugt, bei dem das Flanschmaterial verformt wurde, wobei die Gesamtstärke gleichbleibt. Dadurch wird das Krümmerrohr 13.1 seitlich mehr gestützt. Am Krümmerrohr 13.1 sind einige Noppen 23 angeformt, die sich auf die Oberseite des Flansches 11 legen und Flansch 11 und Rohr 13.1 verbinden.

Fig. 6 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Flansch-Rohr-Verbindung. Die Wandstärke des Krümmerrohrs 13.1 ist im Bereich des Flansches 11, der aus zwei Blechplatinen 15, 16 zusammengesetzt ist, verdickt, um den kraftschlüssigen Halt zu verbessern und Ermüdungsbrüchen vorzubeugen.

Fig. 7 zeigt rein schematisch ein Krümmerrohr 13.1, dessen beide Enden 20, 30 nach außen umgelegt sind. An einem Rohrende 20 ist der zylinderkopfseitige Flansch 11, am anderen Rohrende 30 ein Verbindungsflansch 31 vorgesehen, mit dessen Hilfe das Krümmerrohr 13.1 an das mit einem entsprechenden Flansch ausgerüstete Sammelrohr gasdicht angeschlossen werden kann. Die Verbindung erfolgt beispielsweise mittels Schrauben, wie bei einem üblichen Überwurfflansch.

Das Krümmerrohr 13.1 ist mit umlaufenden Nasen 23 versehen, die sich gegen die Oberseite der beiden Flansche 11, 31 stützen und somit für eine kraft- und formschlüssige Verbindung sorgen.

Claims

Schutzansprüche:

1. Auspuffkrümmer (10) für Verbrennungsmotoren mit einer Mehrzahl von in Reihe angeordneten Zylindern, umfassend

- einen aus wenigstens einer Blechplatine (15, 16) hergestellten Flansch (11) mit der Zylinderzahl entsprechenden Rohröffnungen (12) und mit Einrichtungen (3) zum Befestigen am Motorblock (1),

- in den Rohröffnungen (12) befestigte Krümmerrohre (13.1, 13.2, 13.3, 13.4)

- gegebenenfalls einen Rohrflansch (31) mit einer Rohröffnung (32) am freien Ende (30) der Krümmerrohre (13.1 ... 13.4),

- und ein Abgas-Sammelrohr (14), in das die Krümmerrohre (13.1 ... 13.4) münden,

gekennzeichnet durch die Merkmale:

- wenigstens ein Ende (20, 30) der Krümmerrohre (13.1 ... 13.4) ist flach ausgestellt,

- die Krümmerrohre (13.1 ... 13.4) sind mit den Flanschen (11, 31) form- und/oder kraftschlüssig verbunden ,

- die freie Fläche der Rohrenden (20, 30) ist als Dichtfläche ausgebildet.

2. Auspuffkrümmer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Merkmale:

- in die Rohröffnung (12, 32) ist eine umlaufende Nut (18) eingearbeitet,

- das Krümmerrohr (13.1) ist in die Nut (18) einkalibriert.

3. Auspuffkrümmer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- an das Krümmerrohr (13.1) ist eine wenigstens teilweise umlaufende Nase (22) angeformt, die das Krümmerrohr (13.1) im Flansch (11, 31) fixiert.

4. Auspuffkrümmer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das

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Merkmal:

- an das Krümmerrohr (13.1) sind eine Reihe von Noppen (23) angeformt, die sich auf der Außenseite des Flansches (11, 31) abstützen.

5. Auspuffkrümmer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- in das Krümmerrohr (13.1) ist eine umlaufende Sicke (22) eingeformt, die sich auf der Außenseite des Flansches (11, 31) abstützt.

6. Auspuffkrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- die Wandstärke (24) der Krümmerrohre (13.1 ... 13.4) ist im Bereich des Flansches (11, 31) vergrößert.

7. Auspuffkrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- auf die Einrichtungen (3) zum Befestigen des Flansches (11, 31) sind zusätzliche Stützplatinen (5) aufgesteckt,

- die Stützplatinen (5) besitzen einen etwa U-förmigen Querschnitt,

- wenigstens ein U-Schenkel stützt ein Krümmerrohr (13.1 13.4).

8. Auspuffkrümmer nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- an das Krümmerrohr (13.2) sind Noppen (25) oder Nasen (23) angeformt, die sich auf die Oberseite der Stützplatinen (5) stützen.

9. Auspuffkrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Merkmale:

- auf die Einrichtungen (3) zum Befestigen des Flansches (11, 31) sind zusätzliche Stützplatinen (15) aufgesteckt,

- die Stützplatinen (15) besitzen eine relativ große Materialstärke bzw. entsprechend tiefe Durchzüge,

- die Stützplatine (15) stützt das Krümmerrohr (13.1 13.4).

10. Auspuffkrümmer nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- die Stützplatinen (15) sind mehrteielig ausgeführt.

11. Auspuffkrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- der Flansch (11, 31) besitzt um die Rohröffnungen (12, 32) umlaufende, mit den Rohrenden (20, 30) korrespondierende Vertiefungen (17, 37).