DE4009215A1 - Gelenkverbindung fuer rohre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gelenkverbindung für Rohre, die ein Abdichtelement, z.B. ein Rohr mit gewellten Wänden und Verstärkungsflansche an jedem Rohrende, aufweist.

Die Gelenkverbindung kommt bei Rohren zum Einsatz, die insbe­ sondere für den Transport von Fluiden bei hohen Temperaturen wie z.B. bei Auspuffrohren von Motorfahrzeugen, bestimmt sind. Diese Rohre sind im allgemeinen aus Metall, um gegen hohe Temperaturen sowie gegen beträchtliche Schwingungen beständig zu sein, die von Pumpen, Turbinen oder Motoren erzeugt werden, mit denen sie verbunden sind. Für die Auspufftöpfe von Motor­ fahrzeugen müssen Verbindungen vorgesehen werden, mit denen die Motorschwingungen derart gedämpft werden, daß diese nicht an den Auspufftopf weitergegeben werden, was Nebengeräusche erzeu­ gen würde. Außerdem müssen diese Verbindungen gut abdichten und den beträchtlichen mechanischen Beanspruchungen und Winkelaus­ schlägen standhalten, die durch Bewegungen eines Fahrzeugs erzeugt werden, z.B. beim Überfahren einer Schwelle zur Ge­ schwindigkeitsbegrenzung, in einer Kurve oder beim abrupten Kuppeln oder Bremsen.

Es ist auch erforderlich, die Auspuffrohre gelenkig anzubringen, damit sich der Motor frei bewegen kann, da er auf Halterungen aus elastischem Material angebracht ist.

Es ist bekannt, zwei Elemente von Auspuffrohren anzuschlie­ ßen und gelenkig zu verbinden, indem ihre erweiterten Enden so ineinander geschoben werden, daß ein Kugelgelenk entsteht oder ihre mit Radialflanschen versehenen Enden mit Hilfe von Bolzen zu verbinden, die elastisch montiert sind, wobei ein Dichtring eine gewisse Dichtigkeit und eine Kugelgelenkver­ bindung sicherstellt.

Die mittelmäßigen Leistungen dieser Verbindungen hinsicht­ lich der Dämpfung von Schwingungen oder Geräuschen sowie ihre mangelhafte Dichtigkeit schränkt ihren Einsatz ein.

Für die Verbindungen werden auch Schlauchelemente verwendet, die Wände in Rippenform und eine geringe Wandstärke haben, was ihnen eine gewisse Elastizität verschafft. Dies erlaubt eine in verschiedene Richtungen flexible Gelenkverbindung der Auspuffrohre, die eine völlige Dichtigkeit gewährleistet. Diese Art der Verbindung wird für Auspuffe von Motorfahrzeugen verwendet. Aufgrund ihrer großen Flexibilität kann die Auspuff­ leitung schwer kontrollierbare, ungeordnete Bewegungen aufnehmen. Zudem weist diese Schlauchart eine relativ große mechanische Brüchigkeit gegenüber Aufprall von außen oder Beanspruchungen des Motors auf.

Um diesen Nachteil zu beseitigen hat man, wie in dem fran­ zösischen Patent 25 31 914 beschrieben ist, an den Enden der anzuschließenden Rohre angebrachte Verstärkungsflansche und Kissen aus schwach zusammengedrücktem Metalldraht an den Kontaktstellen zwischen den Flanschen vorgesehen. Dadurch wird eine ausgezeichnete Dämpfung der Schwingungen und der Geräusche sichergestellt. Diese Verbindung hat eine hervor­ ragende Leistungsfähigkeit, ist aber aufgrund ihrer Komplexität kostspielig. Deshalb ist sie nur den Fahrzeugen der oberen Klasse vorbehalten. Außerdem besitzen die in dem vorgenannten Patent beschriebenen Anordnungen einen begrenzten Drehbereich.

Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, die oben genannten Nachteile zu beseitigen, indem eine dichte Verbindung vorge­ sehen ist, die großen Schwingungen standhält und Geräusche dämpft. Die Verbindung soll einfach zu montieren und zu rea­ lisieren und damit auch preisgünstig sein, sowie eine gute mechanische Festigkeit aufweisen.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß jedes Rohr in einer gewissen Entfernung von seinem Ende einen Flansch trägt, der zwei diametral angeordnete und nach außen gerichtete Befesti­ gungsansätze aufweist, von denen jeder dazu bestimmt ist, mit dem entsprechenden Ansatz des anderen Flansches direkt oder indirekt verbunden zu werden, so daß eine Drehbewegung um eine zur Achse der Rohre orthogonal stehende Achse möglich ist.

Die teilschalenartigen Verbindungsflansche der beiden Rohre behindern die Winkelbewegung nicht; die Möglichkeiten der Winkel­ bewegung sind - verglichen mit denen klassischer Winkelflansche viel größer.

Eine Ausführungsart der Erfindung ergibt sich dadurch, daß Klammern aus elastischem Material, z.B. Metall und Kissen aus Metalldraht vorgesehen sind und die Kissen zwischen sich ent­ sprechenden Radialansätzen angeordnet sind und Enden der Klam­ mern an den Ansätzen der Flansche derart einrasten, daß die Ansätze unter teilweiser Verformung des Kissens gegeneinanderge­ preßt werden.

Die Klammer stellt die Verbindung der Flansche miteinander si­ cher, wobei sie ausreichend elastisch ist, damit die durch ihre Gelenkverbindung ermöglichte Drehung nicht behindert wird. Die Metallkissen dienen als Unterlage für die Flansche und als Drehachse. Sie erlauben außerdem eine gewisse Dämpfung der Schwingungen.

Vorzugsweise weist die Außenwand der Ansätze Aufnahmen auf, in denen die freien Enden der offenen Klammer einrastbar sind. Dadurch wird eine sichere Anbringung der Klammern gewährleistet.

Es ist vorteilhaft, wenn die Aufnahmen durch Ziehen oder Prägen gebildet sind, wodurch Positionierelemente für Metallkissen auf den Innenseiten der Klauen erzeugt sind und jedes Metallkissen eine Form hat, die sein Einrasten und seine Positionierung zwischen den Elementen zweier gegenüberliegender Ansätze er­ möglicht. Auf diese Weise werden der offene Ring und das Kissen genau an der richtigen Stelle gehalten.

Eine Ausführungsvariante ergibt sich dadurch, daß sie einen Metallclip aufweist, der aus einer Klammer in U-Form gebildet wird, deren freie Schenkelenden derart zurückgebogen sind, daß sie Klemmen bilden, von denen jede seitlich am Ende einer der beiden gegenüberliegenden Ansätze einrastbar ist. Der Ein­ satz der Metallclips ergibt den Vorteil, daß die Metallkis­ sen entfallen können.

Eine weiter verbesserte Ausführung der Erfindung, die eine doppelte Gelenkverbindung ermöglicht, wird dadurch erreicht, daß die Durchmesser der Flansche, in deren Richtung die Ansätze ausgerichtet sind, orthogonal oder im Winkel zueinander angeord­ net sind und jeder Ansatz mit einem Zentralring verbunden ist, der sich zwischen den beiden Flanschen befindet und als Kar­ danring dient. Diese doppelte Gelenkverbindung erlaubt nun eine Drehbewegung mit zwei Freiheitsgraden.

Bei Versuchen hat sich gezeigt, daß es vorteilhaft ist, wenn der Flansch zur Versteifung einen umgebogenen Seitenrand und/ oder Verstärkungsrippen aufweist. Hierdurch wird die Resonanz­ frequenz erhöht und kann insbesondere im Automobilbereich von Motoranregungsfrequenzen fortverlegt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand mehrerer Ausführungs­ arten einer Gelenkverbindung in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt und näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt entsprechend einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 eine Draufsicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine Axialansicht;

Fig. 4 eine Draufsicht einer Ausführungsvariante der Anschluß-Vorrichtungen nach der Erfindung;

Fig. 5 eine Axialansicht;

Fig. 6 eine Draufsicht der Anschlußeinrichtungen gemäß einer zweiten Ausführungsvariante,

Fig. 7 einen Querschnitt in Längsrichtung; und

Fig. 8 einen Querschnitt in Längsrichtung einer weiteren Ausgestaltung.

Die Fig. 1 bis 3 stellen in verschiedenen Ansichten be­ trachtet zwei Auspuffrohre 1 und 2 dar, die mit ihren freien Enden ineinander gesteckt sind und mit Hilfe eines Balges 3 dicht verbunden werden, der gewellte Wände von geringer Stärke hat. Jedes Rohr 1 und 2 trägt in einer ausreichenden Entfernung seines freien Endes - damit die freien Enden auch tatsächlich ineinandergesteckt werden können - einen Metallflansch 4, der als Klammer 4 a den Balg 3 teilweise übergreift. Die freien Enden 5 a jedes Metallflansches 4 sind einander diagonal gegenüberlie­ gende Ansätze 5, die radial nach außen gerichtet sind. Jeder Ansatz 5 erstreckt sich zu dem entsprechenden Ansatz 5 des anderen Flansches 4 in unbelasteter Stellung parallel mit ge­ ringem Abstand und ist mit ihm mittels einer teilringförmigen Klammer 6 aus Metall verbunden, deren freie Enden in Aufnahmen 7 einrasten, die den einander abgewandten Außenseiten der An­ sätze 5 auf einer gemeinsamen Diagonalen, in deren Richtung sich die Ansätze 5 der Flansche 4 erstrecken, eingeprägt sind. Die Klammer 6 wirkt derart auf die Ansätze 5, daß sie gegen­ einandergedrückt werden, wodurch eine teilweise Verformung eines Kissens 8 aus Metalldraht hervorgerufen wird, das zwischen den beiden Ansätzen 5 angeordnet ist und das eine Ringform der Art hat, daß es durch Einrasten auf einem Vorsprung 9 positioniert wird, der dazu vorgesehen ist und auf der Innenwand der Ansätze 5 hervorspringt und sich durch das Prägen der Aufnahmen 7 ergibt.

Jeder der Flansche 4 weist außerdem einen Seitenrand 10 auf, der entsprechend einer Knicklinie 11 parallel zum vorgenann­ ten Durchmesser zurückgezogen ist.

Die Rohre 1 und 2 können sich somit um eine Achse drehen, die mit dem die diagonal gegenüberliegenden Metallkissen 8 ver­ bindenden Durchmesser zusammenfällt, in dessen Richtung die beiden Ansätze 5 jedes der beiden Flansche 4 ausgerichtet sind.

Dies ist möglich dank
der Biegsamkeit des Balges 3, der die Gelenkachse der Rohrverbindung bildet;
dank der Seitenränder 10, die die Winkelbewegungen der Flan­ sche 4 zueinander nicht behindern, weil die Ränder 10 zurückge­ zogen sind;
dank der Klammern 6, die ausreichend elastisch sind, um diese Winkelbewegung zu erlauben; während gleichzeitig die Verbindung der Flansche 4 sichergestellt bleibt;und
dank der Metallkissen 8, die als Unterlage für die Flansche 4 dienen und außerdem eine gewisse Dämpfung der Schwingungen ermöglichen.

Die Fig. 4 und 5 zeigen unter verschiedenen Winkeln eine Ausführungsvariante der Gelenkverbindung gemäß der Erfindung. Diese Variante weist einen Metallclip 12 in Form einer Haar­ nadel auf, d.h. der Metallclip 12 weist einen zentralen Teil 12 a auf, der in U-Form gebogen ist und dessen freie Schenkel­ enden 12 b nach außen zurückgebogen sind, so daß Klemmen ent­ stehen. Jede Klemme rastet seitlich auf einer der beiden sich entsprechenden Radialansätze 13 ein, wobei auf jedem Ansatz 13 eine Zentrierungsaufnahme 14 vorgesehen ist, um jede Klemme aufzunehmen. Die anderen Merkmale dieser Variante sind gleich den in den Fig. 1 bis 3 dargestellten und sind in den Fig. 4 und 5 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Mit 31 sind Versteifungsrippen bezeichnet, die auf den halbschalen­ förmigen Flanschen ausgeprägt sind und zur Versteifung sowie dazu beitragen, die Resonanzfrequenz der Verbindung von der Motorfrequenz wegzuverlegen. Solche Rippen 31 können auch bei den weiteren Ausgestaltungen vorgesehen sein.

Aufgrund seiner Flexibilität ermöglicht der Clip 12 eine Ge­ lenkverbindung der Rohre 1 und 2, während gleichzeitig Me­ tallkissen 8 überflüssig sind.

Die Fig. 6 und 7 zeigen, unter verschiedenen Winkeln, eine weitere Ausführungsart der Erfindung. Bei dieser Ausführungs­ art sind Achsen entsprechend Durchmessern der Rohre 15 und 16, in deren Richtung sich die Radialansätze jedes Flansches 18 erstrecken, orthogonal zueinander angeordnet, wobei jeder Ansatz 17 mit einem Zentralring 19 verbunden wird, der sich zwischen den Flanschen 18 befindet und die Rolle eines Kardan­ rings spielt. Die Verbindung erfolgt auf ähnliche Weise, wie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt, d.h. durch eine offene Metall­ klammer 20, deren Öffnung auf dem Kardanring 19 und auf der Außenwand des betrachteten Ansatzes 17 einrastet, die Zentrie­ rungsaufnahmen 21 der freien Enden des Rings 20 aufweist. Ein Metallkissen 22 wird zwischen den Kardanring 19 und jede Klaue 17 eingelegt. Jeder Flansche 18 hat um 180° nach hinten umge­ bogene Seitenränder 23, die der Versteifung dienen und eben­ falls zur Verlegung der Resonanzfrequenz von den Motorfrequen­ zen fort dienen. Auch die Ränder 10 der vorherigen Ausgestal­ tungen könnten in dieser Weise zur Versteifung umgebogen sein. Die Drehbarkeit der Rohre 15 und 16 wird in dieser Ausbildung um zwei verschiedene Drehachsen ermöglicht.

Fig. 8 stellt eine Ausführungsvariante dar, bei der die Ver­ bindung der Radialansätze 24 mit dem Kardanring 25 durch Nie­ ten 26 gebildet ist, die dank den Belleville-Federn 27 ela­ stisch gehalten sind.

Es versteht sich von selbst, daß sich die Erfindung nicht auf die oben beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen be­ schränkt. Sie umfaßt ganz im Gegenteil alle Ausführungsvarian­ ten nach demselben Prinzip. Man würde sich also nicht davon entfernen, wenn man den Balg 3 durch eine oder mehrere Lamel­ len, einen O-Ring oder ganz allgemein durch jegliche Vorrich­ tung ersetzen würde, die die Dichtigkeit sicherstellt und eine gewisse Winkelbewegung ermöglicht; die Metallkissen können durch ein anderes Material ersetzt werden, das eine ähnliche Biegsamkeit aufweist, oder sogar durch ein relativ steifes Material. Sie können gegebenenfalls ganz weggelassen werden, wenn die Bewegungsfreiheit dann durch die spezifische Form der Ansätze an den Kontaktstellen ermöglicht wird. Der U-Teil des oben genannten Metallclip könnte auch radial ausgerichtet werden; die offenen Klammern können elastisch oder elastopla­ stisch sein, d.h. bei der Montage dauerhaft verformt werden. Diese Ringe sowie die oben genannten Metallclips können außerdem in mehreren Teilen ausgeführt werden, die bei der Montage ver­ bunden werden. Das Ineinanderstecken der Innenrohre ist im übrigen nicht obligatorisch. Dieses Ineinanderstecken; das nur die Funktion hat, das Dichtelement vor dem Kontakt mit heißen Auspuffgasen zu schützen, kann entweder weggelassen oder durch ein anderes Schutzsystem ersetzt werden. Anderer­ seits können die Metallkissen sowie die Metallclips und die Flansche sehr unterschiedliche Formen aufweisen, ohne das Prin­ zip der Erfindung in Frage zu stellen.

Claims (9)

1. Gelenkverbindung für Rohre, die ein Abdichtelement, z.B. ein Rohr mit gewellten Wänden und Verstärkungsflansche an jedem Rohrende, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Rohr (1, 2) in einer gewissen Entfernung von seinem Ende einen Flansch (4) trägt, der zwei diametral angeord­ nete und nach außen gerichtete Befestigungsansätze (5) aufweist, von denen jeder dazu bestimmt ist, mit dem entsprechenden Ansatz (5) des anderen Flansches (4) direkt oder indirekt verbunden zu werden, so daß eine Drehbewe­ gung um eine zur Achse der Rohre (1, 2) orthogonal stehen­ de Achse möglich ist.

2. Gelenkverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß Klammern (6) aus elastischem Material, z.B. Metall und Kissen (8) aus Metalldraht vorgesehen sind und die Kissen (8) zwischen sich entsprechenden Radialansätzen (5) angeordnet sind und Enden der Klammern (6) an den Ansätzen (5) der Flansche (4) derart einrasten, daß die Ansätze (5) unter teilweiser Verformung des Kissens (8) gegeneinandergepreßt werden.

3. Gelenkverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Außenwand der Ansätze (5) Auf­ nahmen (7) aufweist, in denen die freien Enden (6 a) der offenen Klammern (6) einrastbar sind.

4. Gelenkverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Aufnahmen (7) durch Ziehen oder Prägen gebildet sind, wodurch Positionierelemente (9) für Metall­ kissen (8) auf den Innenseiten der Klauen (5) erzeugt sind und daß jedes Metallkissen (8) eine Form hat, die sein Einrasten und seine Positionierung zwischen den Elementen (9) zweier gegenüberliegender Ansätze (5) ermög­ licht.

5. Gelenkverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß sie einen Metallclip (12) aufweist, der aus einer Klammer in U-Form gebildet wird, deren freie Schenkelenden (12 b) derart zurückgebogen sind, daß sie Klemmen bilden, von denen jede seitlich am Ende einer der beiden gegenüberliegenden Ansätze (13) einrastbar ist.

6. Gelenkverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der Flansche (18), in deren Richtung die Ansätze (17) ausgerichtet sind, orthogonal oder im Winkel zueinander angeordnet sind und jeder Ansatz (17) mit einem Zentralring (19) verbun­ den ist, der sich zwischen den beiden Flanschen (18) befindet und als Kardanring dient.

7. Gelenkverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Flansch (4) zur Verstei­ fung einen umgebogenen Seitenrand (23) und/oder Verstär­ kungsrippen (31) aufweist.

8. Gelenkverbindung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Klammern (6) mehrteilig ausgeführt und bei der Montage zusammensetzbar sind.

9. Gelenkverbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Clips (12) mehrteilig ausgeführt und bei der Montage zusammensetzbar sind.