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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Auspuffvorrichtung für Verbrennungsgase
eines Verbrennungsmotors, die insbesondere ein Kraftfahrzeug ausstattet.
Sie betrifft noch genauer den Auspuffkrümmer, welcher der Teil der
Auspuffvorrichtung ist, der an dem Zylinderkopf des Motors befestigt
ist und welcher dafür
bestimmt ist, die Abgase, welche aus den verschiedenen Leitungen
des Zylinderkopfs her kommen, zu sammeln, um sie am Ausgang des Krümmers in
einer einzigen Leitung zu befördern.
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Diese
Auspuffkrümmer
werden herkömmlicherweise
durch Gießen
oder gegebenenfalls durch mechanisches Schweißen erhalten.
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Beispielhaft
hat man in der 1 einen gegossenen Auspuffkrümmer dargestellt,
wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist.
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Dieser
Krümmer
weist ein Hauptrohr 1 auf, dessen Ende einen Flansch 4 zum
Anschluss des stromabwärts
gelegenen Auspuffsystems aufweist. Eine Mehrzahl von Leitungen 2,
welche dafür
bestimmt sind, jeweils mit jeder Auspuffleitung des Zylinderkopfs
in Strömungsverbindung
zu stehen, sind mit dem Hauptrohr 1 verbunden. Die Leitungen 2 werden
an dem Zylinderkopf durch ein Flanschsystem gehalten, das aus einem
Flansch 3 gebildet ist, der dafür bestimmt ist, an den Zylinderkopf
des Motors über
Schrauben befestigt zu werden, welche direkt in mit Gewinde versehene
Löcher
des Zylinderkopfs eingeschraubt sind, oder über Bolzen, die in den Zylinderkopf
eingesetzt sind, und Muttern, welche auf die Bolzen aufgeschraubt
sind. Auf herkömmliche
Art und Weise ist eine Dichtung zwischen den Flansch 3 und
den Zylinderkopf zwischengesetzt.
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Der
im Motorraum eines Fahrzeugs verfütgbare Platz macht es erforderlich,
insbesondere aufgrund der Erfordernisse der allgemeinen Form des Fahrzeugs,
die Teile des Abgassystems in einer immer kompakteren Form zu realisieren.
Zum Beispiel wird man in der 1 feststellen,
dass die Anlagesenkungen 5 der Köpfe der Schrauben oder der
Muttern eine halbbogenförmige
Abflachung aufweisen. Diese besondere Realisierung ist dafür bestimmt, gleichzeitig
das Spannen des Flansches des Auspuffkrümmers und des Flansches des
Einlasskrümmers
sicherzustellen, welche ineinander übergreifen, wobei jede Schraube
oder Mutter gleichzeitig an einer Senkung 5 des Auspuffkrümmers und
an einer Senkung 6 des Einlasskrümmers anliegt, die gegenüberliegend
angeordnet sind, wie man es in gestrichelten Linien in dem linken
Teil der Zeichnung dargestellt hat.
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Aus
dieser Suche nach einer großen
Kompaktheit ergeben sich in den betroffenen Teilen immer höhere thermische
und vibrationsbezogene Beanspruchungen, die insbesondere zu Rissen
und selbst zu Brüchen
dieser Teile im Verlaufe des Betriebs, insbesondere unter der Wirkung
von unterschiedlichen Dehnungsbeanspruchungen zwischen den verschiedenen
montierten Teilen oder innerhalb eines gleichen Teils, führen können.
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Bei
den derzeitigen Auspuffkrümmern
wie demjenigen, der in der 1 dargestellt
ist, hat man zum Abschwächen
dieser Beanspruchungen in den Leitungen oder an ihrer Verbindung
mit dem Flansch in diesem letzteren einen oder mehrere Sägeschnitte 7 realisiert,
welche eine gewisse relative Beweglichkeit der Elemente der so getrennten
Flansche erlauben und als direkte Wirkung hat, die bestehenden Beanspruchungen
in den genannten Leitungen insbesondere auf Höhe von Verbindungszonen zwischen
den Rohren oder Leitungen, in den Bögen, den Rippen etc. freizusetzen.
Somit reduziert man stark die Risiken von Rissen in diesen relativ
empfindlichen Zonen.
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Jedoch
weist die Realisierung dieses Sägeschnitts
mehrere Nachteile auf. Zunächst
ist es nicht möglich,
diese Trennung des Flansches in mehrere Elemente vor dem Realisieren
der anderen Bearbeitungen auszuführen,
wie z.B. das Ebenmachen der Anlagefläche gegen den Zylinderkopf
oder die Senkungen. Es ist daher tatsächlich quasi unmöglich, auf ausreichend
steife Art und Weise die verschiedenen Elemente eines Flansches,
der somit zuvor auseinandergeschnitten wurde, während dieser Bearbeitungsoperationen
zu halten, oder die Komplexität
der Flanschmittel des Teils auf der Bearbeitungsmaschine wäre dann
derart, dass die Kosten der Bearbeitung unerschwinglich wären.
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Außerdem erzeugt
die Sägeoperation
selbst nicht vernachlässigbare
Zusatzkosten für
die Bearbeitungsoperationen.
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Des
Weiteren kann das Sägen,
das nach der Einebnung der Dichtungsfläche realisiert ist, interne Spannungen
freisetzen, welche ursprünglich
in dem Teil im Falle von Krümmern
aus Aluminiumguss oder Stahlguss bestehen oder welche sich im Falle
einer mechanisch geschweißten
Konstruktion aus der Montage seiner ihn bildenden Elemente ergeben.
Die Freisetzung dieser internen Spannungen kann dazu (ihren, dass
die ursprüngliche
Ebenheit der genannten Anlagefläche
nach dem Sägen
zerstört
wird, oder dazu, dass die Achsabstände der Befestigung verändert werden.
Die Ebenheit der besagten Anlagefläche ist notwendig, um Probleme
von Lecks zwischen dem Zylinderkopf und dem Krümmer zu vermeiden, und der
präzise
Achsabstand von Befestigungspunkten ist erforderlich, um nicht Schwierigkeiten
während
der Montage in der Fabrik zu erzeugen.
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Die
vorliegende Erfindung hat als Aufgabe, diese Probleme zu lösen, und
zielt insbesondere darauf ab, einen Auspuffkrümmer bereitzustellen, welcher
ein minimales Risiko einer Rissbildung aufweist, und ohne dadurch
die Kosten zu beeinträchtigen.
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Im
Hinblick auf diese Ziele hat die Erfindung einen Auspuffkrümmer für einen
Verbrennungsmotor zum Gegenstand, welcher einen Flansch aufweist, der
dafür bestimmt
ist, die Befestigung des Krümmers
an dem Zylinderkopf des Motors sicherzustellen, dadurch gekennzeichnet,
dass der Flansch eine Materialkontinuität über seine Länge aufweist und mindestens
eine vorherbestimmte Lokalisierungszone umfasst, welche eine deutliche
Schwächung
von einem ebenso vorherbestimmten Wert im Verhältnis zu den anderen Teilen
des Flansches aufweist.
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Diese
Zone einer geringeren Widerstandsfähigkeit im Verhältnis zu
umgebenden Zonen des Flansches wird auf solch eine Art und Weise
festgelegt, um eine starre Verbindung zwischen den verschiedenen
Teilen des Flansches sicherzustellen, die jedoch von selbst während den
ersten Minuten oder den ersten Stunden des Betriebs des Motors unter der
Wirkung von thermischen und vibrationsbezogenen Beanspruchungen
bzw. Spannungen bricht, die durch den Betrieb erzeugt werden.
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Der
Bruch wird in gewisser Weise geführt und
präzise
an die gewünschte
Stelle angeordnet, die vorherbestimmt ist, um die besten Bedingungen von
anschließenden,
unterschiedlichen Dehnungen sicherzustellen, d.h. um es dem Krümmer zu
erlauben, sich zu dehnen und Vibrationsbeanspruchungen im Betrieb
des laufenden Motors ohne ein Risiko von nicht-beherrschten Rissen
in Zonen zu akzeptieren, in welchen dies für die Zuverlässigkeit
des Krümmers
absolut hinderlich wäre.
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Dagegen
bleibt der Krümmer,
bevor sich dieser Riss einstellt, ein Element aus einem einzigen Stück, das
die geforderte Geometrie für
die optimale Ebenheit der Anlagefläche des Flansches und für die richtige
Positionierung des Krümmers
an dem Zylinderkopf während
seiner Befestigung sicherstellt.
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Vorzugsweise
ist die Schwächung über eine Querschnittsverringerung
des Flansches erhalten, die selbst vorzugsweise über einen transversalen bzw.
querliegenden Einschnitt erhalten ist, der einen Materialquerschnitt
bestehen lässt,
der eine Widerstandsfähigkeit
gegen den Zugbruch innerhalb einer vorherbestimmten Spanne bietet.
Die Widerstandsfähigkeit
gegen den Bruch des verbleibenden Materials auf Höhe des Einschnitts
muss praktisch deutlich unterhalb zu derjenigen der benachbarten
Zonen liegen, damit sich der gesuchte Bruch an der gewünschten
Stelle und nicht woanders in einer unkontrollierten Art und Weise
realisiert. Sie muss auch höher
als eine vorherbestimmte, minimale Schwelle derart sein, damit der
Bruch sich nicht vor der Befestigung des Krümmers an dem Zylinderkopf einstellen kann.
Insbesondere muss die Widerstandsfähigkeit der abgeschwächten Zone
ausreichend sein, um ohne zu brechen die Beanspruchungen zu ertragen, die
während
den Operationen zur Herstellung oder den Operationen zur Bearbeitung
des Krümmers
erzeugt werden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Vorkehrung ist der Einschnitt auf der Seite
der Anlagefläche des
Krümmers
angeordnet. Die Anordnung des Einschnitts auf diese Seite des Flansches
ist besonders günstig,
um die Bruchstelle zu erleichtern, um so mehr, wenn der Einschnitt
auf Höhe
eines Befestigungsbauteils realisiert ist, dessen Anspannen lokal eine
Biegewirkung des Flansches hervorruft, die geeignet ist, den Einschnitt
zu öffnen.
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Gemäß einer
anderen bevorzugten Vorkehrung weist der Einschnitt einen „V-förmigen" Querschnitt auf, dessen Boden folglich
eine deutliche Kante aufweist, die einen deutlichen Bruchanriss
für die gewünschte Bruchstelle
bildet.
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In
einer ersten Ausführungsform
des Einschnitts wird die Querschnittsverringerung während dem
Gießen
des Krümmers
erhalten. Dieses besonders vorteilhafte Realisierungsverfahren ermöglicht es,
jede spezifische Operation für
das Erhalten des Einschnitts zu vermeiden, und erzeugt somit keinerlei zusätzliche
Kosten.
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Alternativ
kann die Querschnittsverringerung z.B. in der Form eines einfachen
Bruchanrisses über ein
spezifisches, angepasstes Werkzeug realisiert werden, wie z.B. einen
Blattschnitt oder einen Stanzschnitt, der am Ende einer Gussputzoperation
oder einer Entgratungsoperation des Teils nach dem Entformen ausgeführt wird.
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Andere
Merkmale und Vorteile werden aus der Beschreibung offenbar, welche
anhand eines Ausführungsbeispiels
eines Auspuffkrümmers
entsprechend der Erfindung erfolgt, der vier Leitungen umfasst,
die mit einem Hauptrohr verbunden sind.
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Man
wird sich auf die beigefügten
Zeichnungen beziehen, in welchen:
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1 eine
Draufsicht eines Krümmers
gemäß dem Stand
der Technik ist, der schon am Beginn dieses Dokuments beschrieben
wurde;
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2 eine
perspektivische Ansicht eines Auspuffkrümmers gemäß der Erfindung ist;
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3 eine
Ansicht von oben dieses Krümmers
ist.
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Der
Krümmer
gemäß der Erfindung,
welcher in den 1 und 2 dargestellt
ist, weist ein Hauptrohr 1 auf, mit welchem vier Leitungen 2 verbunden
sind. Der Flansch 3 zur Befestigung des Krümmers an
dem nicht-dargestellten Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors weist
vier Flanschelemente 31 auf, die mittels Gießtechnik
aus einem Stück
mit den Leitungen 2 und dem Hauptrohr 1 realisiert
sind. Jedes Flanschelement weist auf herkömmliche Art und Weise eine
Strömungsöffnung mit einer
jeweiligen Leitung 2 auf.
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In
dem Falle einer mechanisch geschweißten Realisierung wird der
Flansch 3 durch Ausstanzen eines dicken Blechs geformt,
an welchem die Leitungen 2 sodann angeschweißt werden.
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Die
Befestigung des Krümmers
an dem Zylinderkopf wird auf herkömmliche Art und Weise über Bolzen
und Muttern oder über
Schrauben sichergestellt. Der Flansch 3 weist mehrere Löcher 32 oder Ausschnitte 33 einer
halbzylindrischen Form für
das Hindurchgehen der Schafte der Bolzen oder Schrauben auf.
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Die
Aussparungen 33 von einer halbzylindrischen Form sind dafür bestimmt,
mit ähnlichen
Aussparungen zusammenzuwirken, welche an einem Einlasskrümmer realisiert
sind und welche bei der Montage der Krümmer übereinstimmend angeordnet sind,
um gemeinsam zylindrische Löcher
zu bilden. Außerdem
ist auf Höhe
jedes dieser Löcher
oder dieser Aussparungen eine Senkung 5 realisiert, um
als Anlageoberfläche
für den
Kopf der Befestigungsschraube oder der Befestigungsmutter zu dienen.
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Eine
Einkerbung bzw. ein Einschnitt 37 ist in dem Flansch auf
Höhe der
Aussparung 33 realisiert, die in der Mitte von diesem angeordnet
ist. Dieser Einschnitt, welcher während dem Gießen gebildet
ist, mündet
auf der Seite der Anlagefläche 35 des
Flansches und weist eine im Allgemeinen „V-förmige" Querschnittsform auf, wie man es gut
in der 3 sieht. Der an dieser Stelle verbleibende Materialquerschnitt 38 ist
deutlich reduziert, und dies umso mehr, als der Einschnitt gerade
auf Höhe
der Aussparung zum Durchgang der Schraube und der entsprechenden
Senkung gebildet ist. Somit erhält
man die Schwächung
gemäß der Erfindung,
welche den Bruch während
dem anschließenden
Betrieb des Motors wie zuvor angegeben begünstigt.
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Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt. Insbesondere
können andere ähnliche
Einschnitte an dem Flansch realisiert werden, auf Höhe von anderen
Löchern
oder Aussparungen, oder an anderen Aussparungen des Flansches, welche
günstig
für das
Entwickeln eines Bruchs sind, der fähig ist, die thermischen Spannungen
oder vibrationsbezogenen Spannungen in den anderen Teilen des Krümmers zu
reduzieren. Die Form und Ausrichtung des Einschnitts kann ebenso verändert werden
in Abhängigkeit
von den eigenen Formen der Krümmer.