DE3915346A1 - Bauteil umfassend einen flansch und wenigstens ein abgasrohr, insbesondere abgaskruemmer, und verfahren zur herstellung desselben - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Bauteil, umfassend einen Flansch und wenigstens ein Abgasrohr, dessen Ende in einer Durchbrechung des Flansches liegt und mit diesem durch eine am freien Ende des Abgasrohres angeordnete Schweißnaht verbunden ist, insbesondere Abgaskrümmer für Brennkraft­ maschinen.

Bei einem aus der DE-AS 15 76 357 bekanntgewordenen Abgaskrümmer ist das Abgasrohr in eine Durchbrechung eines Flansches eingeführt und das freie Ende des Auspuffrohres ist durch eine Schweißnaht mit dem Flansch verbunden. Die Durch­ brechung des Flansches weist an ihrer Unterseite eine Wand­ fläche auf, welche in einem nach außen offenen Winkel von etwa 60° zur Oberfläche des Flansches steht, so daß das Abgasrohr an seiner Unterseite völlig frei in dieser Durch­ brechung liegt und nur durch die Schweißnaht am freien Ende des Abgasrohres mit dem Flansch verbunden ist. Diese Schweiß­ naht muß daher alle auf das Abgasrohr mechanisch und durch Wärmedehnung wirkenden Beanspruchungen aufnehmen. Bei einer solchen Ausbildung besteht daher in Anbetracht der Dauer­ beanspruchungen die Gefahr, daß im Bereich der Schweißnaht Brüche entstehen und daher die Verbindung des Abgasrohres mit dem Flansch gelöst oder zumindest undicht wird. Aus der DE-OS 30 38 181 ist eine Verbindung eines Abgasrohrendes mit einem Flansch bekanntgeworden, bei welcher das Abgasrohrende und die Durchbrechung des Flansches in Strömungsrichtung der Abgase verjüngt sind. Bei dieser bekannten Anordnung liegt zwar das Rohrende allseitig satt an der Wand der Durch­ brechung des Flansches an, jedoch muß das Abgasrohr in diese Durchbrechung über seine gesamte Länge von der Rückseite her eingefädelt werden, da das Ende des Abgasrohres entgegen der Strömungsrichtung der Abgase konisch erweitert ist und dies ist in den meisten Fällen nicht möglich, da dieses Abgasrohr in vielen Fällen über seine Länge von der glatten Rohrform abweicht.

Die Erfindung stellt sich zur Aufgabe, die Verbindungs­ stelle des Abgasrohrendes mit dem Flansch in einfacher Weise zu versteifen und die Einführung des Abgasrohrendes in die Durchbrechung des Flansches zu ermöglichen oder zumindest zu erleichtern. Zur Erfüllung dieser Aufgabe besteht die Erfin­ dung im wesentlichen darin, daß die Durchbrechung und das Abgasrohrende entgegen der Strömungsrichtung der Abgase mit gleichem Verjüngungswinkel verjüngt sind, daß das Abgasrohr in an sich bekannter Weise zumindest über einen Teil der Dickenerstreckung des Flansches an der Wand der Durchbrechung allseitig satt anliegt und daß das Abgasrohr in Strömungs­ richtung der Abgase hinter dem verjüngten Abgasrohrende auf einen größeren Querschnitt aufgeweitet ist, in welchen der größere Querschnitt des verjüngten Rohrendes verlaufend übergeht. Auf diese Weise wird die Schweißnaht entlastet, da alle mechanischen Beanspruchungen und Wärmedehnungen des Abgasrohres bereits bevor sie sich auf die am freien Ende des Abgasrohres angeordnete Schweißnaht auswirken können, durch den festen Sitz des verjüngten Bereiches des Abgasrohres in der verjüngten Durchbrechung aufgenommen werden. Da der verjüngte Bereich des Abgasrohrendes und die verjüngte Wandung der Durchbrechung geradlinige Erzeugende aufweisen, kann das verjüngte Abgasrohrende fest in die Durchbrechung hineingedrückt werden. Die Schweißnaht wirkt nur als Sicherung des Sitzes des Abgasrohres in der Durchbrechung gegen eine Lockerung durch Herausziehen. Die erfindungsgemäße Ausbildung weist daher eine große Dauerfestigkeit der Verbin­ dungsstelle des Abgasrohrendes mit dem Flansch auf. Da die Durchbrechung im Flansch und die Außenfläche des verjüngten Abgasrohres mit gleichem Verjüngungswinkel verlaufend ver­ jüngt sind und in allen Querschnitten kongruent miteinander sind, ist ein sattes Anliegen des Abgasrohrendes an der Durchbrechung des Flansches gewährleistet. Dadurch, daß das Abgasrohrende und die Wandungen der Durchbrechung des Flansches entgegen der Strömungsrichtung der Abgase verjüngt sind, ist ein Einführen des Abgasrohrendes in die Durch­ brechung des Flansches von außen her ermöglicht, was den Zusammenbau der beiden Teile wesentlich erleichtert. In Anbetracht der geringen Wanddicke eines Abgasrohres könnte die Verjüngung einfach durch Einziehen des Rohrendes er­ folgen. Dadurch würde aber der Durchströmquerschnitt am verjüngten Rohrende in nachteiliger Weise verkleinert werden, wenn die Verjüngung vom Normalquerschnitt des Abgasrohres ausgehen würde. Dadurch aber, daß das Abgasrohr in Strömungs­ richtung der Abgase hinter dem verjüngten Abgasrohrende auf einen größeren Querschnitt aufgeweitet ist, geht nun die Verjüngung von dem auf größeren Durchmesser aufgeweiteten Bereich des Abgasrohres aus, so daß die engste Stelle der Verjüngung den Strömungsquerschnitt für die Abgase nicht beeinträchtigt. Dadurch, daß der größere Querschnitt des verjüngten Rohrendes in diesen aufgeweiteten Bereich des Abgasrohres verlaufend übergeht, werden Strömungsstörungen vermieden.

Gemäß der Erfindung kann der Winkel, welchen die geraden Erzeugenden der Durchbrechung und des verjüngten Abgasrohr­ endes mit einer Senkrechten auf den Flansch einschließen, 5° bis 10° betragen. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Abgasrohrende in die Durchbrechung eingepreßt.

Der aufgeweitete Bereich des Abgasrohres geht zweckmäßig auch verlaufend in den in Strömungsrichtung nachgeschalteten Normalquerschnitt des Abgasrohres über. Durch die verlau­ fenden Übergänge ist eine Störung der Strömung der Abgase durch die Erweiterung vermieden. Um jede Drosselung zu vermeiden, ist gemäß der Erfindung zweckmäßig die lichte Querschnittsgröße im engsten Teil des verjüngten Abgasrohr­ endes zumindest gleich der lichten Querschnittsgröße in dem in Strömungsrichtung hinter dem aufgeweiteten Bereich ge­ legenen Bereich des Abgasrohres, in welchem das Abgasrohr seinen Normalquerschnitt aufweist.

Die erfindungsgemäße Ausbildung bietet besondere Vor­ teile für Auspuffkrümmer für Mehrzylinder-Motoren, bei welchen mehrere Auspuffrohre miteinander, beispielsweise durch Schweißung, vereint sind und die verjüngten Enden der Auspuffrohre in die Durchbrechungen eines gemeinsamen Flansches oder mehrerer Flansche eingesetzt sind. Durch das Schweißen der Auspuffrohre entstehen Spannungen, die sich auf die verjüngten Enden der Auspuffrohre auswirken. Bei solchen, durch Schweißen miteinander verbundenen Auspuffrohren, wirken sich Wärmedehnungen stärker aus, und bei solchen Auspuff­ krümmern sind daher die Verbindungsstellen der Auspuffrohr­ enden mit den Durchbrechungen bzw. mit dem Flansch oder den Flanschen besonders hoch mechanisch und thermisch bean­ sprucht. Diese Beanspruchungen werden nun nicht durch die Schweißnaht allein, sondern durch den satten Sitz der ver­ jüngten Auspuffrohrenden in den verjüngten Durchbrechungen aufgenommen.

Wenn das Abgasrohr kreiszylindrisch ausgebildet ist, ergibt sich eine konische Verjüngung des Abgasrohrendes und die Durchbrechung im Flansch weist gleichfalls konisch sich verjüngende Wände auf. Bei Auspuffkrümmern ist aber in vielen Fällen das Auspuffrohrende unrund, beispielsweise flach­ gedrückt, wobei auch die Form der Durchbrechung im Flansch der unrunden Form des Auspuffrohrendes angepaßt ist, um einen dichten und festen Sitz des Auspuffrohrendes in der Durch­ brechung des Flansches zu gewährleisten. In diesem Fall wird das Verfahren zur Herstellung eines Auspuffkrümmers gemäß der Erfindung zweckmäßig derart durchgeführt, daß zuerst das Auspuffrohr aufgeweitet wird und hierauf der aufgeweitete Querschnitt in einem einzigen Arbeitsgang zur Herstellung des verjüngten Auspuffrohrendes eingezogen und an die Form der Durchbrechung angepaßt wird.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines Ausfüh­ rungsbeispieles schematisch erläutert.

Die Zeichnung zeigt einen Auspuffkrümmer für Verbren­ nungskraftmaschinen, wobei der Flansch und das Auspuffrohr­ ende im Längsschnitt dargestellt sind.

Das Abgasrohr 1 weist nahe seinem Ende 2 einen aufgewei­ teten Bereich 3 auf. Von diesem aufgeweiteten Bereich 3 ausgehend ist das Abgasrohrende 2 unter Beibehaltung seiner vollen Wandstärke durch Einziehen verjüngt, wobei der ver­ jüngte Bereich mit 4 bezeichnet ist. Der verjüngte Bereich 4 des Abgasrohrendes 2 ist in eine Durchbrechung 5 eines Flansches 6, welcher beispielsweise an die Abgasöffnungen des Motors angeschraubt ist, eingesetzt. Die Wand 7 der Durch­ brechung 5 ist entgegen der durch einen Pfeil 8 angedeuteten Strömungsrichtung der Abgase mit dem gleichen Verjüngungs­ winkel α wie das Abgasrohr im Bereich 4 verjüngt und ver­ läuft kongruent zur Außenfläche des Abgasrohrendes im ver­ jüngten Bereich 4 desselben. Der verjüngte Bereich 4 des Abgasrohres 1 ist in die Durchbrechung 5 eingepreßt, so daß der verjüngte Bereich 4 des Abgasrohrendes 1 im verjüngten Bereich 9 der Durchbrechung 5 festsitzt und die thermischen und mechanischen Dauerbeanspruchungen der Verbindungsstelle 10 aufnimmt. Das freie Ende 2 des Abgasrohres ist durch eine Schweißnaht 11 mit der Wand der Durchbrechung 5 verbunden. Diese Schweißnaht ist aber dadurch, daß das Abgasrohr 1 mit seinem verjüngten Bereich 4 im verjüngten Bereich 9 des Flansches festsitzt, entlastet.

Die lichte Querschnittsfläche des Endes 2 des Abgas­ rohres an der engsten Stelle desselben ist gleich groß wie die lichte Querschnittsfläche des Normalquerschnittes 12 des Abgasrohres 1 in Strömungsrichtung 8 hinter der Aufweitung 3. Es wird somit der Ausströmquerschnitt der Abgase durch die Einziehung des Abgasrohres 1 im Bereich 4 nicht beeinträch­ tigt und da der eingezogene Bereich 4 verlaufend in den aufgeweiteten Bereich 3 übergeht und dieser aufgeweitete Bereich 3 wieder verlaufend in den Normalquerschnitt 12 des Abgasrohres 1 übergeht, wird auch der Strömungsverlauf nicht gestört.

Wenn das Abgasrohrende kreiszylindrischen Querschnitt aufweist, so ist diese Verjüngung im Bereich 4 konisch und es ist auch der verjüngte Bereich 9 der Durchbrechung 5 konisch. Der Querschnitt im Abgasrohrende 2 und im Bereich der Ver­ jüngung 4 kann aber auch unrund sein. In diesem Fall muß der verjüngte Bereich 9 der Durchbrechung 5 des Flansches 6 kongruent mit dem verjüngten Bereich 4 des Abgasrohres 1 verlaufen und die Verjüngungswinkel α des verjüngten Be­ reiches 4 des Abgasrohres 1 und des verjüngten Bereiches 9 der Durchbrechung 5 müssen gleich sein, so daß ein fester und dichter Sitz des Endes des Abgasrohres 1 in der Durchbrechung 5 des Flansches 6 ermöglicht wird.

Der Verjüngungswinkel α beträgt ungefähr 5° bis 10°. Der verjüngte Bereich 9 der Wand der Durchbrechung 5 er­ streckt sich nur über einen Teil der Dickenerstreckung 13 des Flansches 6.

In der Zeichnung ist der Flansch 6 lediglich mit einer Durchbrechung 5 dargestellt. Bei Mehrzylinder-Motoren weist der Flansch 6 eine der Anzahl der Zylinder entsprechende Anzahl von Durchbrechungen 5, in welche Abgasrohre 1 einge­ setzt sind, auf.

Claims (6)

1. Bauteil, umfassend einen Flansch (6) und wenigstens ein Abgasrohr (1), dessen Ende (2) in einer Durchbrechung (5) des Flansches (6) liegt und mit diesem durch eine am freien Ende des Abgasrohres angeordnete Schweißnaht (11) verbunden ist, insbesondere Abgaskrümmer für Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechung (5) und das Abgasrohrende entgegen der Strömungsrichtung (8) der Abgase mit gleichem Verjüngungswinkel (α) verjüngt sind, daß das Abgasrohr in an sich bekannter Weise zumindest über einen Teil der Dickenerstreckung (13) des Flansches (6) an der Wand (7) der Durchbrechung (5) allseitig satt anliegt, und daß das Abgasrohr in Strömungsrichtung (8) der Abgase hinter dem verjüngten Abgasrohrende (2) auf einen größeren Querschnitt (Bereich 3) aufgeweitet ist, in welchen der größere Quer­ schnitt des verjüngten Rohrendes (2) verlaufend übergeht.

2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgeweitete Bereich (3) des Abgasrohres verlaufend in den in Strömungsrichtung (8) nachgeschalteten Normalquer­ schnitt des Abgasrohres (1) übergeht.

3. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die lichte Querschnittsgröße im engsten Teil des verjüngten Abgasrohrendes (2) zumindest gleich der lichten Querschnittsgröße in dem in Strömungsrichtung hinter dem aufgeweiteten Bereich (3) gelegenen Bereich des Abgasrohres (1) ist, in welchem das Abgasrohr (1) seinen Normalquer­ schnitt aufweist.

4. Bauteil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Winkel (α), welchen die geradlinigen Erzeugenden der Durchbrechung (5) und des verjüngten Abgas­ rohrendes (2) mit einer Senkrechten auf den Flansch (6) einschließen, 5° bis 10° beträgt.

5. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasrohrende (2) in die Durch­ brechung (5) eingepreßt ist.

6. Verfahren zur Herstellung eines Abgaskrümmers nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst das Abgasrohr aufgeweitet wird und hierauf der aufge­ weitete Querschnitt in einem einzigen Arbeitsgang zur Her­ stellung des verjüngten Abgasrohrendes eingezogen und an die Form der Durchbrechung angepaßt wird.