DE69226161T2 - Kupplungssystem mit thermischer Isolierung - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung betrifft Kupplungssysteme zur Übertragung von Fluiden und insbesondere Kupplungssysteme zur Anbringung einer Leitung für Hochtemperaturfluid an einem Gehäuse auf solche Weise, daß keine Wärme von der Hochtemperaturleitung in das Gehäuse übertragen wird.
• Ein Umfeld, in welchem derartige Kupplungssysteme Bedeutung erhalten haben, ist die Automobilindustrie. Als Teil des gegenwärtigen Trends zur Herstellung von Automobilen leichterer Konstruktion, wobei Aluminium anstelle von Stahl und Plastik anstelle von Metall usw. verwendet werden, wurde es unter Designern in zunehmenden Maße beliebt, mehr und mehr Metallteile durch Teile aus Plastikmaterial zu ersetzen. Nur seit kurzem ist es jedoch möglich, metallene Bestanteile von Automobilmotoren durch Plastikbestandteile zu ersetzen, wegen der unterschiedlichen Festigkeits-, Haltbarkeits- und Wärmebeständigkeitseigenschaften, die bestimmte Bauteile besitzen müssen. Während hochfeste, hochwärmebeständige Plastik- und Keramikmaterialien existieren, sind solche Materialien äußerst teuer und sind manchmal zerbrechlich und sind daher nicht wirtschaftlich geeignet. Gewisse Motorbestandteile können jedoch ersetzt werden, falls es sich um Bestandteile mit niedrigen Festigkeitsanforderungen handelt, die wirksam von Quellen großer Hitze und Temperatur isoliert werden können. Diese bestimmten Bestandteile können dann aus verhältnismäßig preiswerten thermoplastischen Materialien wie ABS hergestellt werden. Solche preisgünstigen Plastikbestandteile müssen vor Temperaturen geschützt werden, die über ungefähr 177ºC, 350 Grad Fahrenheit, liegen.
• Ein derartiger Bestandteil von Automobilmotoren, der neben anderen aus preisgünstigem Plastikmaterial hergestellt werden kann, falls er einwandfrei isoliert ist, ist der Luftansaugkrümmer. Durch die Anwendung der korrekten Abdichtungstechnik oder anderer geeigneter Isolationstechniken kann der Hauptkörper eines Luftansaugkrümmergehäuses wirksam im wesentlichen thermisch vom Rest eines Motorblocks isoliert werden. Es gibt jedoch ein Merkmal, welches bei modernen, kraftstoffsparenden Motoren mit niedrigem Schadstoffausstoß zunehmend vorherrschend wird, welches besondere Schwierigkeiten bezüglich der Wärmeisolation aufwirft. Um die Kraftstoffwirksamkeit und die Qualität der Abgase von Automotoren zu verbessern, ist es üblich geworden, heiße Abgase vom Auspuffkrümmer in den Einlaßkrümmer einzuleiten, um die Temperatur der eintretenden Luft anzuheben, um die Wirksamkeit des Verbrennungsprozesses zu verbessern, ebenso wie unverwendeten Kraftstoffdampf zu verbrennen, der in allen Automobilabgasen existiert. Während jedoch die Umgebungsluft, die in den Lufteinlaßkrümmer eingebracht wird, soviel wie 52ºC (125 Grad Fahrenheit) betragen kann, können die Abgase, die in den Ansaugluftkrümmer eingeleitet werden, Temperaturen besitzen, die so hoch sind wie 704ºC (oder 1300 Grad Fahrenheit). Solche extremen Temperaturen würden zu einer zerstörerische Hitzeübertragung vom Rohr für die Abgasrückführung (EGR), welches aus Metall gemacht werden muß, in die Abschnitte des Gehäuses führen, an welchen das EGR-Rohr angebracht ist. Niedrigtemperaturkunststoffe würden schnell beginnen, sich abzubauen oder sogar zu schmelzen oder zu brennen unter längerer Einwirkung derartiger Hitze, falls sie nicht korrekt gegenüber dem EGR-Rohr isoliert wären.
• Es wurden mehrere Ansätze unternommen, zwischen dem heißen EGR-Rohr und dem Plastikgehäuse eine kostengünstige adäquate Isolierung zu schaffen. Eine solche vorgeschlagene Lösung besteht darin, einen Metallflansch vorzusehen, der das heiße Rohrende innerhalb einer deutlich größeren Öffnung im Gehäuse zentriert. Der Flansch, häufig in Form eines Bechers, wird dann an einem zylindrischen Kragen befestigt, der sich vom Gehäuse weg, die Öffnung umgebend, erstreckt. Da der Flansch oder der Becher aus Metall hergestellt ist, wird die Hitze jedoch einfach durch den Flansch in den Abschnitt des Kragens über tragen, der mit dem Flansch in Berührung steht. Obwohl diese übertragene Hitze geringfügig weniger intensiv ist als am äußersten Ende des EGR-Rohrs ist die Hitze noch ausreichend, um einen frühzeitigen Abbau und/ein Schmelzen der Plastikoberflächen zu bewirken, die in direktem Kontakt mit dem Flansch stehen. Folglich wurde in der Praxis vorgesehen, daß die Abschnitte des Plastikkragens austauschbar und von dem Hauptgehäusekörper abnehmbar ausgestaltet waren. Solche austauschbaren Abschnitte sind allerdings so ausgelegt, daß sie altern und in einem regelmäßigen Turnus ersetzt werden. Eine derartige Konstruktion ist vom Standpunkt der Kosten und der Unannehmlichkeit des Ersetzens der abnehmbaren Teile nicht wünschenswert.
• Eine andere vorgeschlagene Lösung besteht darin, einen zylindrischen Isolationskörper zwischen das heiße EGR-Rohrende und den Kragenabschnitt des Gehäuses einzusetzen. Damit spürbar wirksame Isolationseigenschaften geschaffen werden, ist es jedoch erforderlich, Hochleistungsisolationsmaterialien zu verwenden, wie vorhergehend beschrieben, welche prohibitiv teuer sind und welche zudem andere nicht wünschenswerte Leistungseigenschaften, wie Zerbrechlichkeit, geringe Lebensdauer, Ermüdbarkeit usw. besitzen können.
• Es ist somit wünschenswert ein System zum Kuppeln eines Hochtemperaturrohrs oder einer Hochtemperaturleitung an einem Gehäuse in einer solchen Weise zu schaffen, daß die Hitze von der Hochtemperaturleitung nicht in das Material des Gehäuses selbst übertragen wird, so daß das Gehäuse aus gewöhnlichem oder zumindest Nicht-Hochleistungsmaterial gebildet sein kann.
• Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, ein solches thermisch isolierendes Kupplungssystem zu schaffen, in welchem die eigentlichen Kupplungskomponenten selbst zudem aus relativ preisgünstigen, Niedrigtemperatur-Materialien mit geringer Leistungsfähigkeit hergestellt sein können.
• Dieses und andere Ziele der Erfindung werden im Lichte der vorliegenden Anmeldung, Ansprüche und Zeichnungen deutlich.
• In einem Artikel mit dem Titel "1200 Report Advancing the World of Automotive Technologies", Band 3, 1989 (von Du Pont Automotive Products intern herausgegeben) ist ein Kupplungssystem gezeigt, in welchem Wärmeübertragung zum Gehäuse reduziert ist und es wird gewünscht, diesen Stand der Technik zu verbessern. Die Vorrichtungen der Fig. 1 bis 3 sind in dem Du Pont "1200 Report" zu finden.
• Die vorliegende Erfindung ist gerichtet auf ein thermisch isolierendes Kupplungssystem zum wirksamen Halten eines Endes eines Rohres in im wesentlichen abgedichteter, einführbar aufgenommen befestigter Ausrichtung innerhalb einer Gehäuseöffnung, die eine innere Oberfläche und zumindest eine Eingriffsfläche aufweist, die der Öffnung benachbart wirksam angeordnet ist. Das Gehäuse besitzt weiterhin einen darin eingerichteten Fluidstrom von im wesentlichen atmosphärischer Umgebungstemperatur, während das Rohr einen im wesentlichen über der atmosphärischen Umgebungstemperatur gelegenen Fluidstrom besitzt, der durch es hindurch in das Gehäuse gerichtet ist. Das thermisch isolierende Kupplungssystem unterstützt wirksam die Wärmeübertragung weg vom Rohr, um seinerseits die Wärme des Rohres zu reduzieren, dort wo es am Gehäuse angebracht ist.
• Das thermisch isolierende Kupplungssystem weist Verriegelungsmittel auf, die dem Rohrende wirksam zugeordnet sind und mit dem Gehäuse zusammenwirken, um das Rohrende in einer vorgegebenen Stellung relativ zur Öffnung und dem Fluidstrom von im wesentlichen atmosphärischer Umgebungstemperatur abnehmbar zu befestigen. Ein Rohrstützglied, weiches eine äußerste Spitze aufweist, verbindet das Rohrende wirksam mit dem Verriegelungsmittel. Das Rohrstützglied ist mit seiner äußersten Spitze an der äußersten Spitze des Rohrendes befestigt, wobei das Rohrstützglied das Rohrende umfangsmäßig umgibt. Das Rohrstützglied ist weiterhin an einem Ende des Rohrstützglieds, abgewandt von dessen äußerster Spitze, vom Verriegelungsmittel eingriffsmäßig aufgenommen und umfangsmäßig umgeben, um eine wirksame Positionierung der äußersten Spitzen des Rohrendes beziehungsweise des Rohrstützglieds innerhalb des gebildeten Flusses aus Luft von im wesentlichen atmosphärischer Umgebungstemperatur zu gestatten und um das Rohrstützglied und in der Folge das Rohrende der inneren Oberfläche der Öffnung thermisch zu isolieren, um wärmeleitenden Kontakt zwischen den inneren Oberflächen der Öffnung und des Rohrstützglieds im wesentlichen auszuschließen. Dichtmittel sind ebenfalls wirksam dem Rohrstützglied und dem Verriegelungsmittel zugeordnet, um den Austritt von Fluid aus dem Fluidstrom mit im wesentlichen größerer als atmosphärischer Umgebungstemperatur aus der Öffnung zu verhindern und die Isolation des Rohrstützglieds zu erleichtern.
• Das Verriegelungsmittel weist ein erstes Verriegelungsglied auf, das den distalen Abschnitt des Rohrstützglieds wirksam umfangsmäßig umgibt und von diesem aufgenommen ist. Zumindest ein Eingriffsglied ist wirksam am ersten Verriegelungsglied für einen gegenseitigen verriegelnden Eingriff mit der zumindest einen Eingriffsoberfläche vorgesehen. Das Verriegelungsmittel umfaßt weiterhin zumindest ein Befestigungsglied, das am ersten Verriegelungsglied angebracht ist, und ein zweites Verriegelungsglied, welches zumindest eine Befestigungsoberfläche zum zusammenwirkenden, gegenseitig verriegelnden, lösbaren Eingriff mit dem zumindest einen Befestigungsglied aufweist, so daß dann, wenn das zumindest eine Befestigungsglied und die zumindest eine Befestigungsfläche miteinander in Eingriff gebracht werden, ein Abschnitt des distalen Endes des Rohrstützglieds zwischen dem ersten und zweiten Verriegelungsglied festgehalten ist.
• In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt das System auch Greifmittel zum Eingriff des Rohrstützglieds und des Verriegelungsmittels, um eine widerstandsfähige relative Rotationsbewegung zwischen dem Rohrstützglied und dem Verriegelungsmittel zu gestatten.
• Das Greifmittel umfaßt ein erstes Greifglied, das mit dem soeben erwähnten Abschnitt am distalen Ende des Rohrstützglieds in Eingriff bringbar ist, einen ersten Satz von Greifkonturen, die am ersten Greifglied angeordnet sind, und einen zweiten Satz von Greifkonturen, die am zweiten Verriegelungsglied zum Eingriff mit dem ersten Satz von Greifkonturen angebracht sind, wenn das erste und das zweite Verriegelungsglied in Eingriff stehen.
• In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt das zweite Verriegelungsglied auch eine Mehrzahl von Werkzeugeingriffsflächen, die umfangsmäßig um das zweite Verriegelungsglied herum angeordnet sind.
• Ausrichtmittel können auch vorgesehen sein, die den Greifmitteln zugeordnet sind, um das Zentrieren des Rohrendes relativ zum Verriegelungsglied und zum distalen Ende des Rohrstützglieds zu erleichtern. Das Ausrichtmittel umfaßt eine Mehrzahl von Ausrichtgliedern, die umfangsmäßig um das erste Greifglied angeordnet sind und radial nach einwärts davon hervorstehen.
• Das Rohrstützglied ist vorzugsweise als ein im wesentlichen zylindrisches Glied auszubilden, welches erste und zweite offene Enden aufweist, wobei das erste offene Ende an der äußersten Spitze des Rohrstützglieds gelegen ist. Das zweite offene Ende ist am distalen Ende gelegen und besitzt einen Durchmesser, der wesentlich größer ist, als der des Rohrendes dem distalen Enden des Rohrstützglieds benachbart.
• Das Rohrstützglied ist ebenso vorzugsweise am äußersten Ende des Rohrendes befestigt und steht zu diesem in wärmeleitendem Kontakt und zwar im wesentlichen nur an den entsprechenden äußersten Enden des Rohrendes und des Rohrstützglieds.
• In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind das erste und zweite Verriegelungsglied aus relativ niedrigtemperaturbeständigem thermoplastischen Material oder ähnlichem hergestellt.
• Das Dichtmittel kann als federndes Dichtglied gebildet sein, welches umfangsmäßig um das Rohrstützglied angeordnet ist und welches ausgestaltet ist, um abdichtend zwischen das Rohrstützglied und die innere Oberfläche der Öffnung zu passen. Ein federndes Rückhalteglied kann auch umfangsmäßig um das Rohrstützglied herum angeordnet sein.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
• Fig. 1 ist eine Seitenansicht des Kupplungssystems nach dem Stand der Technik in Schnittdarstellung.
• Fig. 2 ist eine Seitenansicht eines anderen vorgeschlagenen Kupplungssystems in Schnittdarstellung.
• Fig. 3 ist eine Seitenansicht eines weiteren früher vorgeschlagenen Kupplungssystems in Schnittdarstellung.
• Fig. 4 ist ein Grundriß des thermisch isolierenden Kupplungssystems, welches ein Ende eines Hochtemperaturfluids an einem Gehäuse anbringt.
• Fig. 5 ist eine perspektivische Explosionsansicht der unterschiedlichen Elemente des thermisch isolierenden Kupplungssystems der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 6 ist eine Seitenansicht des Kupplungssystems gemäß Fig. 5 in Schnittdarstellung, im montierten Zustand und in einer Stellung innerhalb der Öffnung in einem Gehäuse.
• Fig. 7 ist eine Seitenansicht einer Öffnung und der sie umgebenden Struktur, in Schnittdarstellung, für welche das vorliegende Fluidkupplungssystem ausgestaltet sein kann.
• Fig. 8 ist eine Seitenansicht der Öffnung und der sie umgebenden Struktur gemäß Fig. 7 teilweise geschnitten.
• Fig. 9 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht, die die äußere Struktur des thermisch isolierenden Kupplungssystems nach Fig. 5 zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
• Während diese Erfindung Ausführungen in vielen unterschiedlichen Formen zuläßt, ist in den Zeichnungen eine bestimmte bevorzugte Ausführungsform gezeigt und diese wird hier im einzelnen beschrieben, wobei zu verstehen ist, daß die vorliegende Offenbarung beispielhaft für die Grundzüge der Erfindung anzusehen ist und nicht dazu gedacht ist, die Erfindung auf die dargestellte Ausführungsform zu beschränken.
• Die Fig. 1 bis 3 zeigen drei unterschiedliche Systeme des Standes der Technik zum Positionieren des Endes eines Rohres, welches einen Hochtemperaturfluidfluß aufnimmt, wie ein Rohr zur Abgasrückführung (EGR) innerhalb einer Öffnung in einem Gehäuse, wie einem Einlaßkrümmergehäuse, insbesondere wenn das Gehäuse aus hochtemperaturempfindlichem Material wie Nylon oder anderem thermoplastischen Material hergestellt ist. Abgase innerhalb eines EGR-Rohrs liegen typischerweise in einem Temperaturbereich von 648ºC-704ºC (1200 -1300 Grad Fahrenheit).
• Fig. 1 zeigt ein Rohr 10, welches innerhalb einer Öffnung 11 eines Gehäuses 12 durch einen Becher 14 zentriert ist. Der Flansch 15 des Bechers 14 liegt jedoch in direktem Kontakt mit dem Flansch 16 des Gehäuses 12. Folglich wird Wärme aus den eintretenden rückgeführten Abgasen vom Eintrittsstrom, der durch den Pfeil angezeigt ist, in das Rohr 10, durch die ringförmige Verbindung 17 zwischen dem Rohr 10 und dem Becher 14 und entlang des Bechers 14 zum Flansch 15 und weiterhin zum Flansch 16 übertragen. Es besteht kaum eine Möglichkeit, daß die in das Rohr 10 übertragene Wärme, während sie in den Becher 14 und den Flansch 15 geleitet wird, nach außen abgegeben wird. Weiterhin existiert zwischen den Flanschen 15 und 16 ein wesentlicher gemeinsamer Oberflächenbereich. Die Wärme wird somit den frühzeitigen Materialabbau des Gehäuses im allgemeinen Bereich der Öffnung 11 und insbesondere im Bereich des Flansches 16 bewirken, was ein vollständiges Ersetzen des Gehäuses 12 erforderlich macht, welches typischerweise als einstückige Einheit geformt ist.
• Fig. 2 offenbart eine andere Ausgestaltung einer Kupplung nach dem Stand der Technik, bei welcher ein Rohr 20 innerhalb einer Öffnung 21 eines Gehäuses 22 durch die Verwendung eines Isolators 23 zentriert ist. Der Isolator 23 ist typischerweise entweder aus einem harten keramischen Material oder Plastikmaterial gebildet. Falls das Material hochtemperaturresistentes Keramik oder Plastik ist, wodurch die brauchbare Lebensdauer des Isolators in gewisser Weise verbessert werden kann, ist eine wesentliche Kostensteigerung solcher Materialien nicht wünschenswert. Derartige hochtemperaturresistente Materialien wären erforderlich, da der Isolator 23 sonst auch in kurzen Intervallen ersetzt werden müßte, aufgrund der Tatsache, daß die vom Fluß im Rohr 20 übertragene Wärme dazu neigen wird, direkt in den Isolator 23 übertragen zu werden und nicht woanders hin abgeleitet werden kann.
• Fig. 3 zeigt eine weitere Kupplungskonfiguration, bei welcher das Rohr 30 mit der Öffnung 31 des Gehäuses 32 unter Verwendung eines Diaphragmas 33 ausgerichtet ist, in welchem ein einwärts vorstehender Rohrabschnitt 34 integral damit ausgeformt ist. Wärme aus dem Hochtemperaturfluidfluß wird entweder vom Rohr 30 oder direkt in den Rohrabschnitt 34 und dann in das Diaphragma 33 übertragen. Schließlich wird die Wärme in den Rückhalteabschnitt 35 des Kragens 36 übertragen, der die Öffnung 31 umgibt. Ähnlich zu der Ausgestaltung des Standes der Technik gemäß Fig. 1 enthält die Konfiguration nach dem Stand der Technik gemäß Fig. 3 Metallelemente, die in direktem wärmeleitenden Kontakt mit den Plastikoberflächen des Gehäuses stehen.
• Es ist das Ziel der Erfindung des Anmelders, ein Kupplungssystem zu schaffen, welches eine deutlich wirksamere thermische Isolation aufweist, als jene, die in den oben beschriebenen Systemen des Standes der Technik vorgesehen ist. Die Erfindung des Anmelders schafft, wie nachfolgend beschrieben wird, ein Kupplungssystem, welches in vorteilhafter Weise verwendet werden kann, beispielsweise um ein EGR-Rohr 40 (Fig. 4) aus einem Abgasgehäuse 41 mit einem Einlaßkrümmergehäuse 42 in solch einer Weise zu verbinden, daß die Wärme aus den rückgeführten Abgasen hoher Temperatur nicht vom Rohr 40 in den Plastikgehäusekragen 43 übertragen wird, der die Öffnung 39 umgibt (siehe Fig. 9), ohne daß entweder das Vorsehen von teuren hochtemperaturresistenten Isoliermaterialien, um das Rohr vom Gehäuse zu separieren, oder die Herstellung des Gehäuses selbst aus hochtemperaturresistenten Materialien erforderlich ist.
• Die Fig. 5 bis 9 zeigen das thermisch isolierende Fluidkupplungssystem 50 der Erfindung des Anmelders.
• Das Abgasrückführrohr 40 ist in typischer Weise gestaltet, wie in Fig. 6 gezeigt ist, so daß es aus einem zentralen dünnwandigen Metallrohr 40 geformt ist, welches aus wärmeresistentem oder korrosionsresistentem Leichtbaustahl hergestellt ist. Entlang seiner Länge kann das Rohr 40 mit umfangsmäßig oder spiralförmig angeordneten Nuten 45 und Erhebungen 46 versehen sein, um die Handhabbarkeit des Rohrs 40 in jegliche gewünschte oder geforderte Position zu erleichtern. Eine Isolationsabdeckung 47 verhindert einen Wärmeverlust der Abgase durch die Seiten des Rohrs 40. Typischerweise ist die Isolationsabdeckung 47 als eine geknüpfte, gewebte oder geflochtene Stoffabdeckung gebildet, die aus einem isolierenden Fasermaterial hergestellt ist. Das Rohr 40 enthält ein Rohrende 48 und eine äußerste Spitze 49, die innerhalb der Öffnung 39 im Gehäuse 42 positioniert und damit ausgerichtet werden muß.
• Das Kupplungssystem 50 ist in einer Explosionsansicht in Fig. 5 gezeigt. Das Rohrende 48 ist dargestellt, in dem es vom Becher 51 umgeben wird. Die äußerste Spitze 49 des Rohrendes 48 ist an der äußersten Spitze 52 des Bechers 51 befestigt, wie in Fig. 6 gezeigt ist. Der Flansch 53 erstreckt sich radial auswärts vom Ende des Bechers 51, der äußersten Spitze 52 gegenübergelegen. Der Flansch 53 besitzt eine Anzahl von rechteckigen Kerben 54, die in gleichmäßig beabstandeten Intervallen entlang seines Umfangs angeordnet sind. Die Kerben 54 sind so gestaltet, daß sie Haken 56 aufnehmen, die an gleichmäßigen Intervallen entlang des Umfangs der Rückhalteringfeder 55 gelegen sind. Die Rückhalteringfeder 55 besitzt zusätzlich Zinken 57, die sich einwärts und in einem wesentlichen Winkel zur Ebene des Hauptabschnitts 58 der Rückhalteringfeder 55 erstrecken. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Zinken 57 und die Haken 56 in einer 1-zu-1-Beziehung um den Umfang der Rückhalteringfeder 55 angeordnet, wobei eine entsprechende Zinke 57 und ein entsprechender Haken 56 in radial ausgerichteter Beziehung zueinander gelegen sind. Zwischen jedem entsprechenden Paar aus Zinken 57 und Haken 56 sind Anschläge 59 vorgesehen. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Anschläge 59 im wesentlichen in der Mitte zwischen benachbarten Paaren von Haken 56 und Zinken 57 gelegen.
• Ein erster Verriegelungsring 60 ist als kurzer zylindrischer Ringkörper ausgebildet, der so gestaltet ist, daß er gleitend um den größeren Durchmesserabschnitt des Bechers 51 herum paßt. Eine Vielzahl von Eingriffsgliedern 61 sind um den ersten Verriegelungsring 60 in umfangsmäßig beabstandeten Intervallen gelegen. Ein im wesentlichen keilförmiger Haken 62 steht einwärts von jedem Eingriffsglied 61 hervor. Zusätzlich stehen im wesentlichen C-förmige Verriegelungsstifte 63 von gegenübergelegenen Abschnitten des ersten Verriegelungsrings 60 vor. Der zweite Verriegelungsring 70 ist im wesentlichen sechseckig mit im wesentlichen rechteckigen Seiten 71 gestaltet. Sektorförmige Vorsprünge 72 sind in gleichen umfangsmäßig voneinander beabstandeten Positionen um ein Ende des zweiten Verriegelungsrings 70 herum angeordnet. Jeder Vorsprung 72 übergreift die Kante 73 zwischen benachbarten Seiten 71. Bogenförmige vorstehende Kanten 74 sind zwischen benachbarten Vorsprüngen 72 gelegen, wobei der umfangsmäßige Abstand zwischen benachbarten Vorsprüngen 72 so gestaltet ist, daß er die Eingriffsglieder 61 enganliegend aufnimmt. Das Kupplungssystem 50 umfaßt auch einen O-Ring 78 und einen Spalt-Sprengring 79.
• In der Praxis ist der Zusammenbau und der Betrieb des Kupplungssystems 50 in den Fig. 6 bis 9 dargestellt. Eine gewünschte Länge des Rohrs 40 ist vorbereitet und mit einer Isolationsabdeckung 47 versehen. Der zweite Verriegelungsring 70 kann dann über das Rohrende 48 gebracht werden. Die Rückhalteringfeder 55 paßt locker gegenübergelegen auf den Flansch 53 des Bechers 51. Die radiale Weite des Hauptabschnitts 58 der Rückhalteringfeder 55 in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist im wesentlichen gleich der radialen Weite des Flansches 53. Zinken 57 sind in das Innere 64 des Bechers 51 gerichtet. Der erste Verriegelungsring 60 paßt gleitend über den Becher 51, wobei Eingriffsglieder 61 zum Flansch 53 hin und von der äußersten Spitze 52 weg zeigen. Die Eingriffsglieder 61 und die Haken 62 sind in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung so ausgestaltet, daß sie einen Durchmesser bilden, der geringfügig kleiner ist als jener des äußeren Durchmessers des Flansches 53, so daß die Eingriffsglieder 61 geringfügig nach außen ausgelenkt werden müssen, damit der Flansch 53 die Haken 62 passieren kann, so daß der Flansch 53 gegen den inneren vorspringenden Rand 65 des ersten Verriegelungsrings 60 zur Anlage gebracht werden kann. Der zusammengebaute Becher 51, der erste Verriegelungsring 60 und die Rückhalteringfeder 55 werden dann auf das Rohr 40 und die Isolationsabdeckung 47 aufgeschoben. Vorzugsweise sind die Zinken 57 so ausgestaltet, daß sie festeingreifend über die Abdeckung 47 gleiten werden, um es der soeben beschriebenen Anordnung zu ermöglichen, eine gewünschte Entfernung nach oben entlang des Rohrs 40 gedrückt zu werden, bis die äußerste Spitze 52 des Bechers 51 und die äußerste Spitze 49 des Rohrendes 48 miteinander ausgerichtet werden können, wie in Fig. 6 gezeigt ist. Die äußersten Spitzen 52 und 49 können dann permanent miteinander befestigt werden, durch jedes geeignete Verfahren wie Schweißen, Hartlöten usw., vorausgesetzt, daß jegliche aufgebrachte Wärme ausreichend kontrolliert wird, um eine Beschädigung des ersten Verriegelungsrings 60 zu verhindern.
• Der zweite Verriegelungsring 70 kann dann mit der ersten Verriegelung 60 so ausgerichtet werden, daß die Eingriffsglieder 61 in Formschlußeingriff mit den vorspringenden Rändern 74 gebracht werden. Vorzugsweise sind die Vorsprünge 59 an der Rückhalteringfeder 55 so bemessen, daß sie dann, wenn der erste Verriegelungsring 60 und der zweite Verriegelungsring 70 zusammengedrückt werden, wenn die Haken 62 die vorspringenden Kanten 74 passiert haben, eine Druckpassung erzeugen, so daß die Haken 62 gegen die vorspringenden Kanten 74 gezwungen werden und die Eingriffsglieder 61 unter Zugspannung stehen. Als Ergebnis dieser Konstruktion wird das Rückhalteglied 55 gegen den Becher 51 gedrückt, und eine relative Drehung zwischen den miteinander verbundenen ersten und zweiten Verriegelungsringen 60, 70 wird vermieden. Eine relative Verdrehung ist zwischen dem Becher 51 und dem zweiten Verriegelungsring 70 gestattet. Die Vorsprünge 59 der Rückhalteringfeder 55 greifen in die Zähne 88 des Verriegelungsrings 70 ein, welche einer Relativbewegung Widerstand entgegensetzen, welche aber eine Drehausrichtung unter Aufbringung von etwas geringem Drehmoment gestatten, um zu ermöglichen, daß die zusammengebauten ersten und zweiten Verriegelungsringe 60 und 70 relativ zum Rohr 40, zum Becher 51 und zur Rückhalteringfeder 55 mit einem "Ratsch"-Effekt verdrehbar sind. Dieser Effekt erlaubt die Anbringung des Kupplungssystems 50 mit be festigtem Rohrende 48, nachdem das andere Ende des Rohrs 40 bereits am Abgaskrümmer 41 befestigt worden ist, in dem die ersten und zweiten Verriegelungsringe 60 und 70 verdreht werden können, um im Gehäuse 42 zu verriegeln, während das Rohr 40 und insbesondere das Rohrende 48 bewegungslos verbleibt oder gehalten wird. Der O-Ring 78 und der gespaltene Sprengring 79, deren Funktion nachfolgend beschrieben wird, greifen gleitend um den Becher 51, so daß der O-Ring 78 gegen den ersten Verriegelungsring 60 anliegt und vom gespaltenen Sprengring 79 in der Position gehalten wird.
• Die Fig. 7, 8 und 9 stellen eine typische Öffnungsgestalt dar, die in einem Gehäuse 42 vorgesehen sein kann. Der Kragen 43 steht nach außen über das Gehäuse 42 hervor. Der Kragen 43 enthält erste und zweite zylindrische Abschnitte 80 beziehungsweise 81. Der zylindrische Abschnitt 80 kann mit sich längs erstreckenden vorstehenden Kanten 82 versehen sein, die radial nach einwärts hervorstehen. Der äußere zylindrische Abschnitt 81 besitzt einen inneren Durchmesser, der größer ist als der innere Durchmesser des zylindrischen Abschnitts 80. Der Becher 51 des Kupplungssystems 50 ist so gestaltet, daß die Außenseite des Durchmessers des größeren zylindrischen Abschnitts des Bechers 51 kleiner ist, als der innere Durchmesser des zylindrischen Abschnitts 80, wobei der Becher 51 einen Freiraum zwischen sich und den Kanten 82 aufweist. Der Flansch 53 des Bechers 51 besitzt einen äußeren Durchmesser, der größer ist als der innere Durchmesser des zylindrischen Abschnitts 80, jedoch kleiner ist als der innere Durchmesser des zylindrischen Abschnitts 81. Die Außendurchmesser des ersten Verriegelungsrings 60 und des zweiten Verriegelungsrings 70 sind so ausgestaltet, daß sie geringfügig kleiner sind als der innere Durchmesser des zylindrischen Abschnitts 81, so daß das montierte Kupplungssystem 50 vom Kragen 43 einsetzbar aufgenommen werden kann.
• Der zylindrische Abschnitt 81 ist zusätzlich mit sich längs erstreckenden Kerben 84 und entsprechenden sich umfänglich erstreckenden Schlitzen 85 versehen, die mit den Kerben 84 zusammenwirken. Verriegelungsstifte 63, die sich von entgegengesetzten Abschnitten des ersten Verriegelungsrings 60 erstrecken, sind ausgestaltet, um von den Kerben 84 aufgenommen werden zu können. Auf eine Drehung des Kupplungssystems 50 hin, in dem ein Drehmoment auf den zweiten Verriegelungsring 70 aufgebracht wird, bewegen sich die Verriegelungsstifte 63 entlang der Schlitze 85. Um zu gewährleisten, daß das Kupplungssystem 50 eng innerhalb des Kragens 43 gehalten ist, wurden der O-Ring 78 und der gespaltene Sprengring 79 vorgesehen. Der gespaltene Sprengring 79, der zusätzlich zum Halten des O-Rings 78 gegen den ersten Verriegelungsring 60 vorgesehen ist, ist ausgestaltet, um gegen die innere Oberfläche 89 des Kragens 43, den Übergangsbereich zwischen dem zylindrischen Abschnitt 80 und dem zylindrischen Abschnitt 81, abgestützt zu werden.
• Wie aus Fig. 5 zu sehen ist, besitzt der Verriegelungsstift 63 eine gekrümmte, C- förmige Oberfläche. Wenn der O-Ring 78 und der gespaltene Sprengring 79 in Stellung sind und wenn das Kupplungssystem 50 in den Kragen 43 eingesetzt ist, werden die Kanten 82 verwendet, um zu verhindern, daß der O-Ring 78 und der gespaltene Sprengring 79 während des Betriebs des Fahrzeugs in Schwingung geraten oder vom Becher 51 heruntergearbeitet werden. Statt dessen werden die Seiten der Verriegelungsstifte 63 so positioniert, daß die Kanten 86, dort wo die Schlitze 85 die Kerben 84 überschneiden, gegen die Verriegelungsstifte 63 anliegen. Auf das weitere Aufbringen von Schubkraft und Verdrehungskraft auf das Kupplungssystem 50 hin wird der O-Ring 78 zusammengedrückt und die Kanten 86 laufen auf den gekrümmten Abschnitten der Verriegelungsstifte 63 aufwärts in einer nockenfolgeartigen Bewegung, wodurch es den Verriegelungsstiften 63 ermöglicht wird, sich in die Schlitze 85 zu bewegen. Die gekrümmten Oberflächen der Verriegelungsstifte 63 können so ausgestaltet sein, daß sie sich geringfügig verformen, was dazu dienen kann, ein Brechen oder andere Beschädigungen eines jeden der Verriegelungsringe zu verhindern und den Verriegelungsvorgang zu verbessern. Der O-Ring 78, der zusammengedrückt wird, übt eine Schubkraft aus, die den ersten Verriegelungsring 60 nach außen drückt, welcher seinerseits die Verriegelungsstifte 63 gegen die äußeren Wände des Schlitzes 85 drückt, was einen Reibungswiderstand gegenüber weiterer Drehbewegung des Kupplungssystems 50 erzeugt, wenn keine Drehkraft in der Rückwärtsrichtung bewußt aufgebracht wird.
• Sind die Komponenten des vorliegenden Kupplungssystems einmal zusammengebaut, dient die gesamte Gestaltung dazu, das Rohrende 48 thermisch zu isolieren, in dem das Rohrende 48 innerhalb der Öffnung 39 zentriert ist. Weiterhin wird der Becher 51 durch die ersten und zweiten Verriegelungsringe 60 und 70 und den O-Ring 78 daran gehindert in wärmeleitenden Kontakt mit dem Kragen 43 des Gehäuses 42 zu treten. Der gespaltene Sprengring 79 gerät zusätzlich nur intermittierend in Berührung mit dem Kragen 43, als Ergebnis einer Motorvibration und kann daher keine wesentlichen Wärmebeträge vom Becher 51 zum Kragen 43 übertragen. Die potentielle Wärmeübertragung an diesem Ort ist auch nicht signifikant, da die Temperatur des Bechers 51, dort wo der gespaltene Sprengring 79 gelegen ist, so bedeutsam reduziert ist, wie nachfolgend beschrieben wird.
• Um den gewünschten Effekt der Wärmeübertragung vom Rohr 40 weg zu erzielen, wurden insbesondere die äußerste Spitze 49 des Rohrendes 48, der Becher 51, der erste Verriegelungsring 60 und der zweite Verriegelungsring 70 so ausgestaltet, daß dann, wenn das Kupplungssystem 50 einmal vollständig zusammengebaut und innerhalb des Kragens 43 positioniert ist, die äußerste Spitze 52 des Bechers 51 sich über die Öffnung 39 hinaus und in den bestehenden Strom von im wesentlichen atmosphärischer Umgebungstemperatur innerhalb des Gehäuses 42 erstreckt.
• Ein wesentlicher Kühleffekt wurde beobachtet bei Verwendung der oben beschriebenen Gestaltung der Erfindung des Anmelders. Insbesondere falls der im wesentlichen über der atmosphärischen Umgebungstemperatur liegende Fluidstrom innerhalb des Rohrs 40 näherungsweise 704ºC (1300 Grad Fahrenheit) beträgt und falls der innerhalb des Gehäuses 42 bestehende Strom von im wesentlichen atmosphärischer Umgebungstemperatur näherungsweise 52ºC (125 Grad Fahrenheit) beträgt (was der erhitzten Luft näherungsweise entspricht, die über einer Autobahn an einem Tag mit 38ºC (100 Grad Fahrenheit) vorherrscht), wurden Temperaturen an der äußersten Spitze 52 beobachtet, die näherungsweise 671ºC (1240 Grad Fahrenheit) betragen. Aufgrund des Konvektionskühlungseffekts durch die Positionierung der äußersten Spitze 52 in nerhalb des kühleren Luftstroms wurden Temperaturen von näherungsweise 149 ºC (300 Grad Fahrenheit) an einer Position in der Mitte der sich in Längsrichtung erstreckenden Länge des Bechers 51 beobachtet und Temperaturen an der Innenseite der zylindrischen Oberfläche des zweiten Verriegelungsrings 70 von 93ºC bis 121ºC (200 bis 250 Grad Fahrenheit) wurde aufrecht erhalten. Solch eine wesentliche Kühlung ermöglicht die Verwendung von relativ kostengünstigem Plastikmaterial zum Gebrauch bei der Herstellung der ersten und zweiten Verriegelungsringe 60 beziehungsweise 70, ebenso wie die Verwendung von nicht-hochtemperaturresistentem elastomeren Material für den O-Ring 78. Zusätzlich braucht das geformte Plastikmaterial, aus dem das Gehäuse 42 hergestellt ist, nicht hochtemperaturresistent zu sein und kann aus einem einzigen geformten Teil bestehen.
• Die besondere Ausgestaltung des Bechers 51, des ersten Verriegelungsrings 60, des zweiten Verriegelungsrings 70 hängt ab von der erforderlichen und/oder gewünschten Ausgestaltung des Kragens 43, welcher die Öffnung 39 des Gehäuses 42 umgibt. Das erfinderische Konzept, die äußerste Spitze 49 des Rohrs 40 in den bestehenden Luftstrom mit niedriger Temperatur innerhalb des Gehäuses 42 zu plazieren, wird jedoch nicht von der besonderen Ausgestaltung des Kupplungssystems 50 beeinflußt, welche verwendet wird, um die gewünschte Positionierung zu erzielen. Zusätzlich kann die Ausgestaltung der unterschiedlichen beschriebenen Elemente variiert werden, ohne von der erfinderischen gewünschten Konfiguration abzuweichen, welche einen direkten wärmeleitenden Kontakt zwischen den Metallabschnitten hoher Temperatur des Rohrendes 48 oder des Bechers 51 verhindert und statt dessen nur den intermittierenden begrenzten Kontakt des gespaltenen Sprengrings 79 ermöglicht, und zwar in einer Position, in der die Temperatur wesentlich auf Werte reduziert worden ist, denen relativ kostengünstiges, nicht-temperaturfestes Plastikmaterial widerstehen kann.
• Die vorgenannte Beschreibung und die Zeichnungen erläutern und illustrieren nur die Erfindung und die Erfindung ist nicht darauf beschränkt es sei denn in dem Maße, wie die anhängenden Ansprüche beschränkt sind.

Claims (12)

1. Thermisch isolierendes Kupplungssystem (50) zum operativen Halten eines Endes (48) eines Rohres (40) in einer im wesentlichen gedichteten eingeführt aufgenommenen befestigten Ausrichtung innerhalb einer Gehäuseöffnung (39) mit einer Innenfläche und mit zumindest einer Eingriffsfläche (43), operativ angeordnet benachbart der Öffnung (39), wobei das Gehäuse (42) ferner einen Fluidfluß bei im wesentlichen atmosphärischer Umgebungstemperatur darin ausgebildet aufweist, wobei das Rohr (40) einen Fluidfluß, bei im wesentlichen überatmosphärischer Umgebungstemperatur, dadurch gerichtet in das Gehäuse (42), aufweist, wobei das thermisch isolierende Kupplungssystem (50) operativ Wärmeübertragung weg von dem Rohr (40) unterstützt, um wiederum die Wärme des Rohres (40) dort zu reduzieren, wo es an dem Gehäuse (42) befestigt ist,

wobei das thermisch isolierende Kupplungssystem ebenfalls aufweist eine Verriegelungseinrichtung (60, 70), operativ zugeordnet dem Rohrende (48) und wechselwirkend mit dem Gehäuse (42), zum entfernbaren Befestigen des Rohrendes (42) in einer vorbestimmten Position bezüglich der Öffnung (39) und des Fluidflusses bei im wesentlichen atmosphärischer Umgebungstemperatur; und ein Rohrstützglied (51) mit einer Endspitze (52), operativ das Rohrende (48) mit der Verriegelungseinrichtung (60, 70) wechselseitig verbindend, wobei die Rohrstützeinrichtung (51) an der Endspitze (52) davon mit einer Endspitze (49) des Rohrendes (48) befestigt ist, wobei das Rohrstützglied (51) umfänglich das Rohrende (48) umgibt, wobei das Rohrstützglied (51) ferner in wechselseitiger Verriegelung aufgenommen und umfänglich umgeben ist durch die Verriegelungseinrichtung (60, 70) an einem Ende des Rohrstützgliedes (48), distal bezüglich der Endspitze (49) davon, um eine Anordnung der Endspitzen (49, 52) des Rohrendes (48) bzw. des Rohrstützgliedes (51) zu ermöglichen, eindringend in den gebildeten Luftfluß bei im wesentlichen atmosphärischer Umgebungstemperatur und um das Rohrstützglied (51) und wiederum das Rohrende (48) von der Innenfläche der Öffnung (39) thermisch zu isolieren, zum im wesentlichen Ausschließen von wärmeleitendem Kontakt zwischen der Innenfläche der Öffnung (39) und dem Rohrstützglied (51); und

eine Dichteinrichtung (78, 79), operativ zugeordnet dem Rohrstützglied (51) und der Verriegelungseinrichtung (60, 70), um ein Entweichen von Fluid von dem Fluidfluß bei im wesentlichen überatmosphärischer Umgebungstemperatur von der Öffnung (39) auszuschließen und zum Vereinfachen der Isolation der Rohrstützeinrichtung (51).

2. System (50) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungseinrichtung (60, 70) ferner aufweist:

ein erstes Verriegelungsglied (60), operativ umfänglich umgebend den und aufgenommen durch den distalen Abschnitt des Rohrstützgliedes (51), zumindest ein Verriegelungsstiftglied (63), operativ angeordnet an dem ersten Verriegelungsglied (60), zum wechselseitigen verriegelnden Eingriff mit der zumindest einen Eingriffsfläche (43).

3. System (50) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungseinrichtung (60, 70) ferner umfaßt:

zumindest ein Befestigungsglied (61), operativ angeordnet an dem ersten Verriegelungsglied (60); und

ein zweites Verriegelungsglied (70), mit zumindest einer Befestigungsfläche (72), operativ daran angeordnet zum wechselseitigen miteinander verriegelnden lösbaren Eingriff mit dem zumindest einen Befestigungsglied (61), so daß, wenn das zumindest eine Befestigungsglied (61) und die zumindest eine Befestigungsfläche (73) in wechselseitigen miteinander verriegelnden Eingriff gebracht werden, ein Abschnitt des distalen Endes des Rohrstützgliedes (51) haftend zurückgehalten ist zwischen den ersten und zweiten Verriegelungsgliedern (60, 70).

4. System (50) nach Anspruch 3, ferner gekennzeichnet durch:

eine Haftungseinrichtung (55, 88) zum operativen Eingreifen des Rohrstützgliedes (51) und der Verriegelungseinrichtung (60, 70), um einen Widerstand zu ermöglichen bezüglich relativer Rotationsbewegung dazwischen.

5. System (50) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hafteinrichtung (55) umfaßt:

ein erstes Haftglied (55), operativ in Eingriff bringbar mit dem Abschnitt des distalen Endes des Rohrstützgliedes (51);

einen ersten Satz an elastischen Haftkonturen (59), operativ angeordnet an dem ersten Haftglied (55); und

einen zweiten Satz an Haftkonturen (88), operativ angeordnet an dem zweiten Verriegelungsglied (70), zum operativen- Eingriff mit dem ersten Satz an Haftkonturen (59), wenn die ersten und zweiten Verriegelungsglieder (60, 70) wechselseitig verriegelt in Eingriff stehen.

6. System (50) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Verriegelungsglied (70) ferner eine Vielzahl von Werkzeugeingriffsflächen (71) umfaßt, angeordnet umfänglich um das zweite Verriegelungsglied (70) herum, um eine lösbare Befestigung des Kupplungssystemes (50) zu vereinfachen, wenn an dem Gehäuse (42) angeordnet.

7. System (50) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hafteinrichtung (55, 88) ferner eine Ausrichtungseinrichtung (54, 56, 57) umfaßt, operativ zugeordnet der Hafteinrichtung (55, 88), zur Vereinfachung der Zentrierung des Rohrendes (48) bezüglich der Verriegelungseinrichtung (60, 70) und des distalen Endes des Rohrstützgliedes (51).

8. System (50) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtungseinrichtung (54, 56, 57) eine Vielzahl von Ausrichtungsgliedern (57) umfaßt, umfänglich angeordnet herum um das erste Haftglied und radialwärts nach innen diesbezüglich vorspringend.

9. System (50) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

das Rohrstützglied (51) umfaßt ein im wesentlichen zylindrisches Glied (51) mit ersten und zweiten offenen Enden,

wobei das erste offene Ende angeordnet ist an der Endspitze (52) davon und einen Durchmesser aufweist, welcher im wesentlichen gleich ist zu jenem der Endspitze (49) des Rohrendes (48),

wobei das zweite offene Ende angeordnet an dem distalen Ende ist und einen Durchmesser aufweist, im wesentlichen größer als jener des Rohrendes (48), benachbart dem distalen Ende des Rohrstützgliedes (51).

10. System (50) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrstützglied (51) befestigt ist an und in wärmeleitendem Kontakt steht mit dem Rohrende (48), lediglich an den jeweiligen Endspitzen (52, 49) des Rohrendes (48) und des Rohrstützgliedes (51).

11. System (50) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Verriegelungsglieder (60, 70) hergestellt sind aus einem thermoplastischen Material mit relativ niedrigem Temperaturwiderstand.

12. System (50) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichteinrichtung (78, 79) umfaßt:

ein elastisches Dichtglied (78, 79), umfänglich angeordnet herum um das Rohrstützglied (51) und operativ ausgebildet zur dichtenden Passung zwischen dem Rohrstützglied (51) und der Innenfläche der Öffnung (42); und

ein elastisches Rückhalteglied (79), umfänglich angeordnet herum um das Rohrstützglied, zum Zurückhalten des elastischen Dichtgliedes (78) an dem Rohrstützglied (51), in einer spezifisch gewünschten Position diesbezüglich.