DE3841529A1 - Flanschverbindung an einem kraftfahrzeug-auspuff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flanschverbindung an einem Kraft­ fahrzeug-Auspuff.

Der Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs setzt sich normalerweise aus mehreren Teilen zusammen. Wenn diese nicht zu schwer sind, keine zu großen Biegemomente an den Verbindungsstellen zwischen den einzelnen Teilen auftreten und auch keine begrenzt gelenki­ gen Verbindungen gebraucht werden, genügen Muffenverbindungen. In anderen Fällen, insbesondere bei Auspuffen mit Katalysator, fin­ den Flanschverbindungen Anwendung. Es hat sich dabei herausge­ stellt, daß alle Kraftfahrzeughersteller massive Flanschen ver­ wenden. Diese haben normalerweise einen im wesentlichen dreieck­ igen Querschnitt mit drei Schraubenlöchern in den Eckbereichen. Die massiven Flansche werden z. B. aus 12 mm starkem Stabmateri­ al ausgestanzt. Man braucht hierzu außerordentlich teure Fein­ stanzmaschinen. Auch der Materialverbrauch ist sehr groß.

Besonders aufwendig werden die herkömmlichen Flanschverbindungen dann, wenn sie begrenzt gelenkig sein sollen. Unabhängig davon, ob in diesem Fall ein sich an die Flanschverbindung anschließen­ des Rohr mit einem der Flansche verschweißt oder am Ende aufge­ bördelt und zwischen den Flanschen fest eingespannt wird, muß noch ein metallischer Dichtungsring mit teilweise konischem oder gerundetem Profil zwischen die Flansche eingesetzt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flanschverbindung an einem Kraftfahrzeug-Auspuff zu schaffen, für die bei gleicher Festigkeit wesentlich weniger Material gebraucht wird und die sich in jeder Ausführung schneller, einfacher und kostengünsti­ ger herstellen läßt als die bisher von allen Kraftfahrzeug-Her­ stellern im Zusammenhang mit Katalysatoren verwendeten Rohrver­ bindungen mit massiven Flanschen.

Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß we­ nigstens einer der Flansche ein Umformteil ist mit einem die mittlere Öffnung umgebenden, sich axial erstreckenden Ringkragen und einem sich in dieselbe axiale Richtung erstreckenden äuße­ ren Randkragen.

Die durch die Erfindung erzielte Materialersparnis läßt sich an einem Beispiel demonstrieren. Um zwei Flansche für einen Rohrau­ ßendurchmesser von 60 mm nebeneinander aus einer 12 mm dicken Stahlplatte auszustanzen, mußte bisher diese Platte 260 mm breit sein, und man brauchte dafür jeweils einen Längenabschnitt von 140 mm. Daraus errechnet sich ein Rohmaterialverbrauch von 1,71 kg pro Flansch. Erfindungsgemäß können nunmehr zwei ent­ sprechende Flansche mit verbesserten Gebrauchseigenschaften aus einem in Form von Coils zur Verfügung stehenden, 4,5 mm dicken Stahlband von 310 mm Breite ausgestanzt werden. Der hierfür be­ nötigte Längenabschnitt beträgt 160 mm, so daß sich ein Rohmate­ rialeinsatz von nur etwa 0,5 kg pro Flansch ergibt. Dies ist we­ niger als ein Drittel des bisherigen Materialverbrauchs.

Das Ausschneiden der Rohlinge für die Flansche aus dem verhält­ nismäßig dünnen Bandmaterial kann mit einer normalen Stanzma­ schine erfolgen. Auch das Umformen des mittleren Bereichs zum Ringkragen und des äußeren Bereichs zum Randkragen kann nach herkömmlicher Umformtechnik, und zwar vorzugsweise durch Ab­ strecken, ggf. aber auch schon durch Biegen oder Ziehen gesche­ hen. Beim Abstrecken wird das den Ringkragen und den Randkragen bildende Material plastisch verformt und dabei in der Dicke ver­ jüngt, so daß sich z. B. bei einem Stahlband von 4,5 mm Dicke als Ausgangsmaterial eine Stärke des Ringkragens und des Rand­ kragens von nur etwa 3 mm ergibt. Dennoch führt die Kaltverfor­ mung dieser Bereiche zu Flanschen mit besserer Biegesteifigkeit als die vorstehend im Beispielsfall gegenübergestellten massiven Flansche. Dazu trägt weiterhin bei, daß auf der Verbindungslinie zwischen zwei Schraubenlöchern eines Flanschs der erfindungsge­ mäßen Rohrverbindung der Ringkragen und der Randkragen zusammen im wesentlichen ein U-förmiges, sehr biegesteifes Profil bilden.

Ein weiterer Vorteil der neuen Flanschverbindung im Vergleich zu den bisher eingesetzten massiven Flanschen ist die bessere Schhweißbarkeit, da das dünne Material weniger Wärme von der Schweißstelle ableitet. Außerdem können ohne Schweißprobleme Rohre aus rostfreiem Edelstahl verwendet werden, da auch die Flanschen in der durch die Erfindung ermöglichten dünneren Mate­ rialstärke aus Edelstahl-Coils ausgestanzt werden können.

Der größte Vorteil der Erfindung speziell bei Kraftfahrzeug-Aus­ puffanlagen ergibt sich daraus, daß beim Umformen des Ausgangs­ materials zu Flanschen mit Ringkragen und Randkragen gleichzei­ tig auch konische oder kalottenförmige Dichtflächen geformt wer­ den können, zwischen denen z. B. ein aufgebördeltes Rohrende eingespannt werden kann oder mit denen auch die zusammenwirken­ den Flansche unmittelbar aneinandergepreßt werden können, um ei­ ne begrenzte Beweglichkeit der miteinander verbundenen Teile des Auspuffs zu erhalten. Dadurch erspart man sich separate metalli­ sche Dichtungsringe mit konischem oder gerundeten Profil sowie den zusätzlichen Aufwand für deren Montage. Außerdem bedarf es bei der Erfindung, anders als bei den bekannten massiven Flan­ schen, keiner besonderen Nachbearbeitung zur Herstellung der Dichtflächen.

Schließlich ist auch noch auf die weiteren Vorteile der Erfin­ dung hinzuweisen, daß die mit Randstegen geformten Flansche au­ ßen gerundete Ecken und Kanten haben, wodurch Verletzungen vor­ gebeugt wird, und daß trotz der Umformung des Materials zu Ring- und Randkragen der dazwischenliegende Bereich der Flansche eben bleibt und sogar vergleichsweise verzugsfrei ist, so daß zwi­ schen zwei Flanschen auch ein flacher metallischer Dichtungsring eingespannt werden kann.

Ein für die vorgeschlagene Flanschverbindung geeigneter Flansch ist in zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung dadurch gekenn­ zeichnet, daß er mit einer konischen oder kugelschalenförmigen Dichtfläche am freien Ende des Ringkragens oder an einem axialen ringförmigen Vorsprung auf der dem Ringkragen gegenüberliegenden Seite versehen ist. Das Merkmal des am Flansch angeformten Dichtrings bietet bereits für sich allein einen solchen Vorteil, daß dafür auch in einer Ausführung Schutz begehrt wird, bei wel­ cher der Randkragen fehlt.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an­ hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Flansch für eine Rohrver­ bindung an einem Auspuffstrang;

Fig. 2 einen axialen Längsschnitt durch zwei durch eine Mit­ tellinie getrennte, unterschiedliche Flanschverbin­ dungen mit Flanschen nach Fig. 1;

Fig. 3 und 4 axiale Längsschnitte durch weitere Ausführungsbei­ spiele von für eine begrenzt gelenkige Flanschverbin­ dung geeigneten Flanschen.

Der in Fig. 1 dargestellte Flansch 10 hat einen im wesentlichen dreieckigen Grundriß mit abgerundeten oder abgeschrägten Ecken. Die Entfernung von einer äußeren Seitenkante bis zur gegenüber­ liegenden Außenkante einer abgerundeten oder abgeschrägten Ecke kann z. B. 130 mm betragen, während die mit 12 bezeichnete mitt­ lere Öffnung z. B. einen Durchmesser von etwas mehr als 60 mm haben kann. In den Eckbereichen befinden sich Schraubenlöcher 14, durch welche sich im montierten Zustand Schrauben erstrec­ ken, mit deren Hilfe zwei zusammenwirkende Flansche mit fluch­ tenden Schraubenlöchern 14 fest miteinander verbunden werden. Die mittlere Öffnung 12 ist umgeben und begrenzt von einem Ring­ kragen 16. Auch außen um den Flansch erstreckt sich ein Randkra­ gen 18. Je nach der Form des äußeren Randes im Bereich der abge­ rundeten oder abgeschrägten Ecken kann der Randkragen 18 dort auch stellenweise unterbrochen oder mit Aussparungen versehen sein. Durch die dreieckige Grundform des Flanschs 10 rückt der Randkragen 18 im Bereich der Seitenkanten des gleichseitigen Dreiecks nahe an die Verbindungslinien der Schraubenlöcher 14 heran. Da im montierten Zustand dort die Spannung aufgebracht wird, kommt die versteifende Wirkung sowohl des Ringkragens 16 als auch des Randkragens 18 gut zur Geltung. Wie Fig. 1 mit zwei verschiedenen Ausführungsformen von Randkragen 18 zeigt, kann man mit dem Randkragen 18 noch näher an die Verbindungslinien zwischen den Schraubenlöchern 14 heranrücken, indem man die Sei­ tenkanten des Dreiecks bogenförmig nach innen einzieht. Der Randkragen 18 folgt diesen Bögen.

Der in Fig. 1 dargestellte Flansch kann bei Verwendung für PKW- Auspuffanlagen je nach Größe und Belastung aus einem Stahlband von z. B. 2 bis 5 mm Dicke ausgestanzt sein. Der Ringkragen 16 und der sich in derselben Richtung parallel erstreckende Rand­ kagen 18 sind durch Abstrecken geformt und stehen im wesentli­ chen senkrecht vom flachebenen mittleren Bereich des Flanschs 10 ab. An der Außenkante des Randkragens 18 gemessen, kann dessen Höhe z. B. 8 bis 18 mm betragen.

Im Beispielsfall gemäß Fig. 1 und 2 sind bei dem mit 10 bezeich­ neten Flansch der Ringkragen 16 und der Randkragen 18 im wesent­ lichen gleich hoch. Der Ringkragen 16 ist an seinem freien Ende mit einer konischen Einsenkung geformt, die eine Dichtfläche 20 bildet. Im montierten Zustand gemäß der rechten Seite der Fig. 2 liegt die konische Dichtfläche 20 außen an dem aufgebördelten Ende eines Auspuffrohrs 22 an, welches zwischen dem Flansch 10 und einem weiteren, ebenso hergestellten, aber etwas anders ge­ formten Flansch 24 eingespannt ist. Der Einfachheit halber ist in Fig. 2 die Spannschraube, welche die beiden Flansche 10 und 24 miteinander verbindet, weggelassen worden.

Der Flansch 24 unterscheidet sich im wesentlichen nur dadurch von dem Flansch 10, daß der Ringkragen 16 anders geformt ist. Er wurde beim Abstrecken mit einer äußeren konischen Dichtfläche 26 am freien Ende des mit 28 bezeichneten Ringkragens ausgebildet. Außerdem ist die mittlere Öffnung im Ringkragen 28 stufenförmig abgesetzt. Dadurch wird ein verstärkter Randbereich am freien Ende des Ringkragens 28 erzielt. In dem im Durchmesser weiteren Abschnitt der mittleren Öffnung des Flansch 24 sitzt im Bei­ spielsfall ein mit diesem verschweißtes Rohr 30. Der außen ge­ rundete oder abgeschrägte Übergang vom Hauptteil des Flanschs 24 in den Ringkragen 28 stellt in vorteilhafter Weise eine Fase dar, welche die Schweißnaht aufnimmt.

Bei der auf der linken Seite der Fig. 2 gezeigten Flanschverbin­ dung nimmt der Flansch 10 eine umgekehrte Stellung ein, in wel­ cher der Ringkragen 16 und der Randkragen 18 vom anderen Flansch 24 wegweisen. Als Dichtfläche dient in diesem Fall eine konisch geformte Einsenkung am Übergang des Hauptteils des Flanschs in die mittlere Öffnung 12. Wie am besten auf der rechten Seite der Fig. 2 gezeigt, können die Flansche 10 und 24 von vornherein mit zwei konischen oder balligen Flächen, nämlich einerseits radial innen bzw. außen am freien Ende des Ringkragens 16 und anderer­ seits am Übergang vom Hauptteil des Flanschs in die mittlere Öff­ nung 12 ausgebildet sein, damit sie für verschiedene Anordnun­ gen, wie z. B. in Fig. 2 rechts bzw. links gezeigt, geeignet sind.

Fig. 3 zeigt insofern eine andere Variante eines erfindungsgemä­ ßen Flanschs, als dieser beim Umformen rings um die mittlere Öff­ nung 12 auf der dem freien Ende des Ringkragens 32 gegenüberlie­ genden Seite mit einem Vorsprung 34 geformt ist, dessen Außen­ fläche zentrisch ballig ist, wie dies in Fig. 3 durch einen Ra­ diuspfeil 36 angedeutet ist. Der insgesamt mit 38 bezeichnete Flansch ist am freien Ende des Ringkragens 32 mit einem Rohr 40 verschweißt, welches entweder in dem Ringkragen 32 (Fig. 3, rechte Seite) oder auf diesem sitzt (Fig. 3, linke Seite). Zu­ sammen mit einem weiteren Flansch, welcher mit einer passenden, zentrisch balligen Einsenkung an dem einen oder anderen axialen Ende der mittleren Öffnung 12 geformt ist, ergibt sich eine mit kugelschalenförmigen Dichtflächen aneinanderliegende, gelenkige Flanschverbindung, ohne daß es dazu eines zusätzlichen Rings zwischen den Flanschen bedarf. Diese können aber auch mit einem dazwischen eingesetzten flachen Dichtungsring verbunden werden, wie ohne weiteres verständlich ist, wenn man sich anhand von Fig. 2 vorstellt, daß zwei Flansche 10 miteinander verbunden werden, deren Randkragen 18 in entgegengesetzte axiale Richtun­ gen weisen. Dabei kann jeder der beiden Flansche mit einem der zu verbindenden Rohre verschweißt sein.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, welches allein den Vorteil eines an einem Flansch 38′ angeformten Vorsprungs 34′ ausnutzt, der einen sonst notwendigen, separaten Dichtungsring ersetzt. Es leuchtet ohne weiteres ein, daß im Hinblick auf die Dichtungs­ funktion ein äußerer Randkragen nicht unbedingt erforderlich ist. Bereits die Ausformung des Vorsprungs 34′ bringt eine sol­ che Verbesserung der Steifigkeit des Flanschs mit sich, daß die­ ser nur noch 8 mm dick zu sein braucht, um bei gleicher Bela­ stung einen herkömmlichen massiven Flansch ohne einen derartigen Vorsprung 34′ mit Dichtungsfunktion von 12 mm Stärke ersetzen zu können.

Abweichend von der Darstellung in der Zeichnung können auch die Bereiche eines Flansch rings um jedes Schraubenloch 14 nach der einen oder anderen Seite ausgewölbt sein, wenn in diesen Berei­ chen noch eine weitere Versteifung des Flanschs erwünscht ist.

Claims (12)

1. Flanschverbindung an einem Kraftfahrzeug-Auspuff, da­ durch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Flansche (10, 24, 38) ein Umformteil ist mit ei­ nem die mittlere Öffnung (12) umgebenden, sich axial er­ streckenden Ringkragen (16, 28) und einem sich in dieselbe axiale Richtung erstreckenden äußeren Randkragen (18).

2. Flanschverbindung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Flansche (10, 24, 38) über zusammenwirkende konische oder kugelschalenförmige Dichtflächen (20, 26) gegeneinander verspannt sind.

3. Flanschverbindung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Dichtfläche des einen Flanschs (38) an einem die mittlere Öffnung (12) umgebenden, sich axial entgegengesetzt zum Ringkragen (32) erstrecken­ den, ringförmigen Vorsprung (34) ausgebildet ist.

4. Flanschverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß sich we­ nigsten eine der Dichtflächen (20, 26) am freien Ende des Ringkragens (16, 28) befindet.

5. Flanschverbindung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen den Dichtflächen (20, 26) der Flansche (10, 24) das aufge­ bördelte Ende eines Rohrs (22) eingespannt ist.

6. Flanschverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenig­ sten auf ihrer einen Seite ein Rohr (40) radial in oder auf dem Ringkragen (32) sitzt und mit diesem verschweißt ist.

7. Flanschverbindung nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Ringkragen (28) auf demjenigen Abschnitt, in welchem ein Rohr (30) angeschweißt sitzt, im Innendurchmesser erweitert ist.

8. Flansch, insbesondere für eine Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß er ein Umformteil ist mit einem die mittlere Öffnung (12) umgebenden, sich axial erstreckenden Ringkragen (16, 28, 32) und einem sich in dieselbe axiale Richtung erstreckenden äußeren Randkragen (18).

9. Flansch nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dicke des Ringkragens (16, 28, 32) und/oder des Randkragens (18) um ein sich bei der Um­ formung durch Abstrecken ergebendes Maß geringer ist als die Dicke des sich radial erstreckenden Hauptteils des Flansches (10, 24, 38) .

10. Flansch, insbesondere nach Anspruch 8 oder 9, da­ durch gekennzeichnet, daß er mit ei­ ner konischen oder kugelschalenförmigen Dichtfläche (20, 26) am freien Ende des Ringkragens (16, 28, 32, 34′) oder an einem axialen ringförmigen Vorsprung (34) auf der dem Ringkragen (32) gegenüberliegenden Seite versehen ist.

11. Flansch nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß er in ansich bekannter Weise einen im wesentlichen dreieckigen Umriß mit abgerun­ deten oder abgeflachten Ecken hat, wobei sich Schraubenlö­ cher (14) in den Eckbereichen befinden.

12. Flansch nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß er mit die Schraubenlöcher umgeben­ den Auswölbungen oder Ringkragen geformt ist.