DE3918988A1 - Verbindung zweier rohre einer leitung fuer heisse medien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindung zweier Rohre einer Leitung für heiße Medien, insbesondere Abgas­ leitung von Kraftfahrzeugen, wobei die aufeinander zu gerichteten Rohrenden die Wandungen eines sie mit­ einander verbindenden, koaxialen Ringraumes wenig­ stens teilweise mit ausbilden, in welchem mindestens ein aus temperatur- und korrosionsbeständigem Mate­ rial gepreßtes Stützkissen mit gedämpft federnden Eigenschaften in Radial- und Axialrichtung gehalten angeordnet ist, über das die Rohrenden gegeneinan­ der radial und axial abgestützt angular beweglich sind, und wobei wenigstens eine sich über den gesamten Umfang sowie den radialen Bereich des Ringraumes erstrec­ kende sowie entlang ihres Außen- und Innenumfanges mit der benachbarten Wandung des Ringraumes dicht verbundene Dichtmembran aus temperatur- und korro­ sionsbeständigem Material vorgesehen ist.

Eine derartige Verbindung ist beispielsweise durch DE-OS 37 19 840 bekannt. Dabei haben die den Ring­ raum bildenden Wandungen und damit der Ringraum Kreisquerschnitt, und es sind beidseits der Dichtmem­ bran die Stützkissen durchgehend umlaufend angeord­ net und durch entsprechende Gestaltungen in Axial­ richtung an den Wandungen des Ringraumes festgelegt.

Für die Ausbildung der Stützkissen, die im wesent­ lichen einen rechteckigen Querschnitt haben, ist vorgesehen, daß diese aus temperatur- und korro­ sionsbeständigem Keramik- oder Metallmaterial in Form eines Faser- oder Drahtvlieses, -geflechtes, -gewebes, -gestrickes oder dergleichen ausgebildet sind, was auch allgemein nachfolgend Gültigkeit ha­ ben soll, ohne daß darauf noch einmal besonders ein­ gegangen wird.

Durch die beschriebene Ausbildung ist die bekannte Verbindung vollkommen dicht, und es ist gleichzeitig ei­ ne hohe Torsionskraft-Aufnahmefähigkeit, das heißt geringe Torsionsbeweglichkeit erreicht, wobei an­ dererseits entsprechend der mit der Verbindung ver­ folgten Absicht eine Winkelbeweglichkeit der durch die Verbindung aneinandergekoppelten Roh­ re gewährleistet ist.

Für bestimmte Anwendungsfälle hat es sich anderer­ seits als nachteilig erwiesen, daß der Winkelbe­ weglichkeit enge Grenzen gesetzt sind. Außerdem bedingt die bekannte Bauform eine beachtliche Ein­ bauhöhe, die gerade bei Abgasleitungen für Fahr­ zeuge auf deren Unterseite die Bodenfreiheit be­ einflußt und zu Schwierigkeiten führen kann.

Wollte man unter Beibehaltung des Membraninnen­ querschnittes bzw. Strömungsquerschnittes die Winkelbeweglichkeit durch Vergrößerung der radi­ alen Erstreckung der Dichtmembran, also durch Ver­ größerung der Differenz zwischen Innen- und Au­ ßenquerschnitt des Ringraumes erhöhen, würde dies ebenfalls wiederum zu einer in ihren äuße­ ren Abmessungen größeren Verbindung und damit zu einer weiteren Beeinträchtigung der Bodenfrei­ heit eines Fahrzeuges führen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Verbin­ dung der eingangs genannten Art derart abzuändern und auszubilden, daß sie - unter Beibehaltung des Strömungsquerschnittes bzw. Membraninnenquerschnit­ tes - eine größere Winkelbeweglichkeit der mit ein­ ander verbundenen Rohre gegeneinander erlaubt, oh­ ne daß dadurch grundsätzlich eine Vergrößerung der Einbauhöhe der Verbindung eintritt. Vielmehr soll durch die hierzu ergriffenen erfindungsgemäßen Maßnahmen grundsätzlich auch die Möglichkeit er­ öffnet werden, die Einbauhöhe der Verbindung trotz Vergrößerung der Winkelbeweglichkeit noch zu reduzieren.

Diese Aufgabe ist ausgehend von einer Verbindung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens die innere Wandung des Ring­ raumes einen ovalen oder elliptischen Querschnitt aufweist und daß das Stützkissen in Form von ein­ zelnen Kissensegmenten im Bereich der großen Halb­ achsen dieses Wandungsquerschnittes angeordnet ist.

Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen ist er­ reicht, daß der gasleitende Innenquerschnitt der Verbindung unter Herabsetzung seiner Höhe verbrei­ tert ist, also den Anforderungen bezüglich der Bo­ denfreiheit von Fahrzeugen entgegenkommt.

Liegt nun die Drehachse der Rohrverbindung in der Hauptachse des Ovals bzw. der Ellipse des Quer­ schnittes der inneren Wandung der Verbindung, so ergibt sich durch die genannte Gestaltung bereits eine Vergrößerung der radialen Erstreckung der Dichtmembran in Richtung der Biegeebene, also dort, wo die Rohrverbindung der größten Biegebeanspru­ chung ausgesetzt ist, wenn man davon ausgeht, daß der Querschnitt der äußeren Wandung des Ringraumes bei der Kreisform belassen wird.

Darüberhinaus ist aber nun durch die Gestaltung und Anordnung der Stützkissen nur im Außenbereich der großen Hauptachsen des elliptischen bzw. ova­ len Querschnittes der Innenwandung des Ringraumes und damit im Bereich der Biegeachse erreicht, daß unter Aufrechterhaltung einer guten axialen und ra­ dialen gegenseitigen Abstützung der Wandungen des Ringraumes die senkrecht zur Biegeachse gelegenen Teile der Dichtmembran frei von einer Berührung oder Halterung durch die Stützkissen sind, so daß sie sich ohne einen Widerstand durch Reibung oder Halterung gegenüber den Stützkissen biegend bewe­ gen können. Damit ist also durch Befreiung der Dichtmembran in ihren hauptsächlich die Biegebe­ wegung ausführenden Bereichen dort ihre Beweg­ lichkeit vergrößert und damit auch die Winkelbe­ weglichkeit der Rohrverbindung insgesamt.

Die Stützkissen sind demgegenüber an den Berei­ chen konzentriert bzw. positioniert, wo die Bie­ gebewegungen am geringsten sind. Dort können sie also entsprechend die Winkelbeweglichkeit der Rohr­ verbindung am wenigstens behindern. Andererseits können sie aber gerade dort in besonders sinnvol­ ler Weise ihre Stützfunktion gegenüber der Dicht­ membran ausüben, denn im Bereich der Biegeebene ist die Dichtmembran in beachtlichem Maße Verwin­ dungsbewegungen bzw. Verwindungskräften ausgesetzt. Dabei kann durch das Format der Stützkissen in Um­ fangsrichtung im Hinblick auf den jeweiligen Anwen­ dungsfall eine progressiv wirksame Begrenzung der Winkelbewegung zum Schutz der Dichtmembran einge­ stellt werden.

Die erfindungsgemäße Gestaltung hat außerdem die angenehme Wirkung, daß die Rohrverbindung insge­ samt eine leichtere Bauweise erhält, was sich nicht nur hinsichtlich der Gestehungskosten sondern vor allem auch bezüglich des Aufwandes günstig auswirkt, der für die Anbringung und Halterung der Abgasanla­ ge unterhalb des Fahrzeugs getrieben werden muß.

Zweckmäßigerweise kann vorgesehen sein, daß auch die äußere Wandung des Ringraumes einen im wesent­ lichen zur inneren Wandung äquidistanten Querschnitt aufweist, also ebenfalls oval oder elliptisch aus­ gebildet ist, wodurch sich unter Aufrechterhaltung der erfindungsgemäßen Vorteile die Bodenfreiheit eines Fahrzeuges weiter günstig beeinflussen läßt, insbesondere im Hinblick auf die Axialbeweglichkeit.

Darüberhinaus kann es in weiterer Ausbildung des Ge­ genstandes der Erfindung vorteilhaft sein, daß die Dichtmembran aus wenigstens einem äußeren und einem inneren Membranring besteht, daß die Membranringe sich wenigstens teilweise überdeckend ausgebildet sind und daß die Membranringe mit der jeweils be­ nachbarten Wandung des Ringraumes dicht verbunden sind. Dabei kann die Dichtmembran mehrlagig ausge­ bildet sein, und es können abwechselnd je ein äuße­ rer und ein innerer Membranring nebeneinander ange­ ordnet sein vorteilhaft in der Art, daß die Membran­ ringe sich mit wenigstens der Hälfte ihrer radialen Erstreckung gegenseitig überdecken.

Durch diese an sich bekannten Maßnahmen besteht die Möglichkeit, unter Aufrechterhaltung der Dichtwirkung der Dichtmembran auf die Torsionsbeweglichkeit der Rohrverbindung steuernden Einfluß zu nehmen.

Bezüglich der Dichtverbindung der Dichtmembran ent­ lang ihres Außen- und Innenumfanges mit der benach­ barten Wandung des Ringraumes wird zweckmäßigerwei­ se dort eine Schweißverbindung vorgesehen.

Um die Biegebeweglichkeit bzw. Flexibilität der Dichtmem­ ran für große Winkel zusätzlich zu erhöhen, kann vor­ gesehen sein, daß die Dichtmembran konzentrisch umlaufend eine Profilierung in Form einer Wellung, Abstufung oder dergleichen aufweist.

Im Hinblick auf die Anordnung und Positionierung der Stützkissen ist es schließlich vorteilhaft, daß diese gemäß der Erfindung im Außenbereich der großen Hauptachse des elliptischen oder ovalen Querschnittes beidseits der Dichtmembran vorgesehen sind.

Vorstehend ist grundsätzlich und zur Vereinfachung der Darstellung von einer Verbindung zweier Rohre einer Leitung für heiße Medien gesprochen worden. Der Gegenstand der Erfindung ist jedoch selbstver­ ständlich ebenso zu verstehen im Zusammenhang mit gebündelten Rohrleitungen in Form von z. B. Zwil­ lingsrohrleitungen, wie sie gerade bei Abgasanla­ gen von Kraftfahrzeugen vielfach vorkommen. Ein beispiel für eine derartige Ausbildung ist später noch angesprochen.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen, die in der Zeichnung dar­ gestellt sind. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Radialschnitt durch eine Rohr­ verbindung der erfindungsgemäßen Art;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Ansicht gemäß der Schnittlinie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Ansicht gemäß der Schnittlinie III-III in Fig. 1;

Fig. 4 den Radialschnitt durch eine Rohrver­ bindung einer anderen Ausführungsform;

Fig. 5 eine teilweise geschnittene Ansicht gemäß der Schnittlinie V-V in Fig. 4 und

Fig. 6 eine teilweise geschnittene Ansicht gemäß der Schnittlinie VI-VI in Fig. 4.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen die beiden aufeinander zu gerichteten Enden 1, 2 zweier Leitungsrohre. An deren ineinandergreifenden Enden ist durch entspre­ chende Profilierung der Ringraum 3 gebildet, der über seinen gesamten Umfang und radial durch eine Dichtmembran 4 überbrückt ist, die in nicht näher dargestellter Weise mit der Außenwandung 5 und der Innenwandung 6 des Ringraumes 3 verschweißt ist.

Der Ringraum 3 und entsprechend die ihn bildenden Rohrenden weisen einen elliptischen Querschnitt mit einer Ellipsenhauptachse 7 und einer Ellipsenneben­ achse 7′ auf, so daß auch der Ringraum 3 eine ellip­ tische Umfangskontur hat.

Im Bereich der Ellipsenhauptscheitel sind neben der Dichtmembran 4 Stützkissen 8, 9 angeordnet, die sich nur über einen Teil des Ringraumumfanges erstrecken, wie dies besonders aus Fig. 1 ersicht­ lich ist. Die Stützkissen sind radial zwischen Au­ ßenwandung 5 und Innenwandung 6 des Ringraumes 3 gehalten, während ihre axiale Halterung durch ent­ sprechend geformte Ränder 10, 11 der Wandungen 5, 6 sichergestellt ist.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung bereits her­ vorgeht, ist die Ellipsenhauptachse 7 gleichzeitig die Biegeachse der insgesamt aus den Fig. 1 bis 3 ersichtlichen Rohrverbindung. Dementsprechend sind also die Stützkissen 8, 9 im Bereich der Biegeachse im Ringraum 3 angeordnet, während die Dichtmembran 4 im übrigen dort, wo ihr hauptsächlich die Biege­ bewegung auferlegt wird, nicht durch Stützkissen beeinträchtigt ist. Andererseits hat die Dichtmem­ bran 4 hier ihre längsten Schweißnahtverbindungen mit der äußeren Wandung und der inneren Wandung 6 des Ringraumes, was eine gute Lastverteilung be­ züglich der Biegebewegung bedeutet.

Damit gewährleistet die in den Fig. 1 bis 3 dar­ gestellte Konstruktion einer Rohrverbindung eine hohe Winkelbeweglichkeit ohne Beeinträchtigung der Dichtmembran 4 durch benachbarte Stützkissen, während auf der anderen Seite die radiale und axi­ ale Halterung der beiden Rohrenden gegeneinander durch die Stützkissen 8, 9 im Bereich der Biege­ achse voll gewährleistet ist, womit gleichzeitig die Dichtmembran 4 in den Bereichen, in denen sie einer besonderen Verwindungsbeanspruchung unter­ liegt, gut abgestützt ist.

Um die Biegebeweglichkeit und damit den durch die Rohrverbindung zu bewältigenden Biegewinkel noch zu vergrößern, kann zweckmäßigerweise die Dicht­ membran mit einer beispielsweise umlaufend wellen­ förmigen Profilierung versehen sein, wie diese ins­ besondere aus Fig. 2 ersichtlich ist.

Trotz dieser erhöhten Winkelbeweglichkeit der Rohr­ verbindung ergibt sich offensichtlich eine niedri­ gere Bauhöhe bei gleichbleibendem innerem, also gas­ führendem Querschnitt, womit sich eine Verbesserung der Bodenfreiheit eines entsprechenden Kraftfahr­ zeuges verbinden läßt.

Die Ausführungsform gemäß der Fig. 4 bis 6 stimmt im wesentlichen mit der Ausführung gemäß der Fig. 1 bis 3 überein, weshalb diesbezüglich die Beschrei­ bung von Einzelheiten nicht noch einmal wiederholt wird.

Der wesentliche Unterschied besteht darin, daß ei­ ne der Rohrleitungen, in einer Gasanlage die ankom­ mende Rohrleitung 12 zweiflutig ausgebildet ist, also in Strömungsquerschnitte 13 und 14 aufgeteilt ist, was jedoch prinzipiell ohne Einfluß auf die Gelenkverbindung der beiden aneinander zu koppeln­ den Rohrleitungen 12, 15 bleiben kann, in dem die beiden Querschnitte 13, 14 der Rohrleitung 12 für die Bildung des Verbindungsgelenkes entsprechend der Ausführungsform gemäß der Fig. 1 bis 3 auf den gewünschten elliptischen oder ovalen Querschnitt gebracht werden.

Claims (8)

1. Verbindung zweier Rohre einer Leitung für heiße Medien, insbesondere Abgasleitung von Kraftfahrzeu­ gen, wobei die aufeinander zu gerichteten Rohrenden die Wandungen eines sie miteinander verbindenden, koaxialen Ringraumes wenigstens teilweise mit aus­ bilden, in welchem mindestens ein aus temperatur- und korrosionsbeständigem Material gepreßtes Stütz­ kissen mit gedämpft federnden Eigenschaften in Ra­ dial- und Axialrichtung gehalten angeordnet ist, über das die Rohrenden gegeneinander radial und axial abgestützt angular beweglich sind, und wobei wenigstens eine sich über den gesamten Umfang sowie den radia­ len Bereich des Ringraumes erstreckende sowie ent­ lang ihres Außen- und Innenumfanges mit der benach­ barten Wandung des Ringraumes dicht verbundene Dichtmembran aus temperatur- und korrosionsbestän­ digem Material vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die innere Wandung (6) des Ringrau­ mes (3) einen ovalen oder elliptischen Querschnitt aufweist, und daß das Stützkissen (8, 9) in Form von einzelnen Kissensegmenten im Bereich der gro­ ßen Halbachsen dieses Wandungsquerschnittes ange­ ordnet ist.

2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Wandung (5) des Ringraumes (3) einen im wesentlichen zur inneren Wandung (6) äquidistan­ ten Querschnitt aufweist.

3. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtmembran (4) aus wenigstens einem äuße­ ren und einem inneren Membranring besteht, daß die Membranringe sich wenigstens teilweise überdeckend ausgebildet sind und daß die Membranringe mit der jeweils benachbarten Wandung (5, 6) des Ringraumes (3) dicht verbunden sind.

4. Verbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtmembran (4) mehrlagig ausgebildet ist und daß abwechselnd je ein äußerer und ein innerer Membranring nebeneinander angeordnet sind.

5. Verbindung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranringe sich mit wenigstens der Hälf­ te ihrer radialen Erstreckung gegenseitig überdec­ ken.

6. Verbindung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtmembran (4) bzw. die Membranringe mit den zugeordneten Wandungen (5, 6) des Ringraumes (3) durch Schweißen dicht verbunden sind.

7. Verbindung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtmembran (4) konzentrisch umlaufend ei­ ne Profilierung in Form einer Wellung, Abstufung oder dergleichen aufweist.

8. Verbindung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützkissen (8, 9) beidseits der Dichtmem­ bran (4) vorgesehen sind.