DE9213003U1

DE9213003U1 - Auspuffkrümmer für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE9213003U1
Application number: DE9213003U
Authority: DE
Original assignee: HEINR DIECKERHOFF GUSS NIEDERL
Current assignee: HEINR DIECKERHOFF GUSS NIEDERL
Priority date: 1992-09-26
Filing date: 1992-09-26
Publication date: 1994-02-03
Anticipated expiration: 2002-09-27

Description

DR.-ING. DIPIir-PflYS. *&EEacgr;. STURlES"'
PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. P. EICHLER

Helnr. Dieckerhoff Guss

Niederlassung der Harzer Graugußwerke GmbH, Oststr. 25-27, 5820 Gevelsberg

Auspuffkrümmer für Kraftfahrzeuge

Die Erfindung bezieht sich auf einen Auspuffkrümmer für Kraftfahrzeuge, mit einem aus Gußwerkstoff bestehenden, mehrere Abgaskanäle zusammenführenden Krümmerkörper, und mit einem in vorbestimmtem Abstand zum Krümmerkörper an diesem befestigten Hitzeschild.

Bei einem derartigen Auspuffkrümmer besteht das Hitzeschild aus einem Blech, welches am Krümmerkörper mit Gewindeschrauben befestigt wird. Die Gewindeschrauben müssen in eine für sie bestimmte Gewindebohrung eingeschraubt werden, die am Krümmerkörper besonders vorgesehen werden muß, also derart, daß die Funktion des Krümmerkörpers und insbesondere seine Stabilität nicht beeinträchtigt werden. Beim Gießen des Auspuffkrümmers müssen daher augenartige Vorsprünge angegossen werden, die besonders störend sind, weil sie vom Krümmerkörper weit und großvolumig vorstehen müssen, damit Platz für die Gewindeboh-

rung ist. Außerdem muß diese Gewindebohrung nach dem Gießen des Auspuffkrümmers in besonderer Weise eingearbeitet werden.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Auspuffkrümmer mit den eingangs genannten Merkmalen so zu verbessern, daß das Hitzeschild im Sinne einer verbesserten Abschirmung des Krümmerkörpers ausgebildet und mit letzterem in einem einzigen Arbeitsgang verbunden werden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Hitzeschild an den Krümmerkörper angegossen oder mit Schildvorsprüngen eingegossen ist, und daß das Hitzeschild auspufftopfseitig und abgaskanäleseitig je eine Luftströmungsöffnung aufweist.

Für die Erfindung ist von Bedeutung, daß das Hitzeschild zugleich mit dem Gießen des Auspuffkrümmers am Krümmerkörper befestigt wird. Infolgedessen kann eine nachträgliche Montage des Hitzeschildes am Auspuffkrümmer entfallen, wie auch alle dazu benötigten besonderen Teile und Herstellungs- bzw. Befestigungsmaßnahmen. Es ist also nicht nötig, Befestigungsvorsprünge zum Einarbeiten von Befestigungsbohrungen vorzusehen und auch das Herstellen solcher Bohrungen entfällt natürlich. Des weiteren ist es nicht erforderlich, Befestigungsmittel zu verwenden, wie beispielsweise Befestigungsschrauben, die in die Befestigungsbohrungen eingedreht werden müßten. Es entfällt das Herstellen von Befestigungsmitteln am Hitzeschild, wie das Herstellen von Bohrungen sowie insgesamt die Montage des mit Befestigungsmitteln versehenen Hitzeschildes über Befestigungsschrauben an mit Befestigungsmitteln versehenen Auspuffkrümmern. Beim Angießen des Hitzeschildes wird dieses zusammen mit dem Krümmerkörper in einem einzigen Arbeitsgang hergestellt. Beim Eingießen des Hitzeschildes wird beispielsweise ein Blech verwendet, das in einem einzigen Stanz/Präge-Vorgang hergestellt und in an sich bekannter Weise mit dem Krümmerkörper durch Eingießen der Schildvorsprünge des Hitzeschildes an dem Krümmerkörper befestigt wird. In beiden Fällen ergibt sich als besonderer Vorteil, daß der Krümmerkörper und das zugehörige Hitzeschild eine einzige Bauteilgruppe bilden, die im Sinne einer Vereinfachung der Komponenten für Kraftfahrzeuge wirkt. Der Kraftfahrzeughersteller braucht also nur eine einzige Komponen-

te zu ordern, statt den Auspuffkrümmer, das Hitzeschild und die dazu erforderlichen Befestigungsteile getrennt einkaufen und zusammenbauen zu müssen.

Darüber hinaus ist das Hitzeschild vorteilhafterweise so gestaltet, daß auspufftopfseitig und abgaskanäleseitig Luftöffnungen vorhanden sind. Bei entsprechender Anordnung des Auspuffkrümmers im Kraftfahrzeug bewirkt das mit Abstand zum Krümmerkörper angeordnete Hitzeschild eine Luftströmung und damit eine erhöhte Kühlung des Krümmerkörpers durch Konvektion. Bei im wesentlichen waagerechter Anordnung des Auspuffkrümmers im Bereich des Hitzeschildes können die Luftöffnungen strömungsmäßig durch Fahrtwind beaufschlagt werden, der im Abstand zwischen dem Krümmerkörper und dem Hitzeschild kanalisiert wird und damit zu einer verbesserten Kühlung des Krümmerkörpers beiträgt .

Letztlich wird die Funktion des Hitzeschildes, auch dadurch verbessert, daß es mit dem Krümmerkörper einstückig ist. Es ergibt sich eine verbesserte Wärmeleitung aus dem Krümmerkörper in das Hitzeschild. Insgesamt wird die wärmeabgebende Oberfläche vergrößert, ohne daß der Wärmestrom zum Hitzeschild über zumindest im Laufe der Zeit korrodierende und damit den Wärmeleitungswiderstand erhöhende Verbindungsstellen fließen müßte.

Vorteilhafterweise ist der Auspuffkrümmer so ausgebildet, daß das Hitzeschild den Krümmerkörper in einem rohrartigen Bereich etwa auf der Hälfte des Rohrumfangs abdeckt. Wenn das Hitzeschild in einem rohrartigen Bereich angewendet wird, hat es infolge seiner Anordnung mit vorbestimmten Abstand zum Krümmerkörper eine entsprechend teilrohrartige Konfiguration. Diese ist im Hinblick auf die bei Auspuffkrümmern für Kraftfahrzeuge beengten räumlichen Verhältnisse vorteilhaft und mit geringem Werkstoffaufwand einerseits aber vergleichsweise großer Abschirmwirkung gegenüber benachbarten Bauteilen des Kraftfahrzeugs herzustellen.

Es hat sich gezeigt, daß die höchsten Temperaturen am Auspuffkrümmer in demjenigen Bereich auftreten, wo die vom Motor-

block herkommenden Abgaskanäle zusammengeführt werden. Infolgedessen ist es vorteilhaft, wenn das Hitzeschild den Krümmerkörper etwa vom auspufftopfseitigen Anschlußflansch bis in den Zusammenführungsbereich der Abgaskanäle abdeckt. Der Abschirmungsumfang des Krümmerkörpers wird durch den bestehenden Abschirmungsbedarf bestimmt. Beispielsweise kann es genügen, nur etwa die Hälfte oder weniger des Rohrumfangs abzudecken. Der Abschirmungsumfang kann sich im übrigen auch nach dem baulichen Aufwand richten. Wird das Hitzeschild beispielsweise angegossen, so wird dessen Länge und der Umfang der Abdeckung des Krümmerkörpers so minimal wie möglich gewählt, um Gewicht zu sparen. Sollen extreme Leichtbauvorstellungen erfüllt werden, so kann das Hitzeschild mit Schildvorsprüngen eingegossen werden, wenn in einem gewissen Umfang auf Korrosionsfestigkeit verzichtet oder ein Hitzeschild aus korrosionsbeständigem Werkstoff gewählt wird.

Zweckmäßigerweise ist der Abstand des Hitzeschildes vom Krümmerkörper überall etwa gleich groß. Es erfolgt eine optimale Anpassung der Form des Hitzeschildes an den Außenumfang des Krümmerkörpers. Der Gesamtquerschnitt zwischen den Luftströmungsöffnungen an der Auspuffseite und an der Abgaskanäleseite vorhandene Luftkanal hängt lediglich vom Außendurchmesser des in diesem Bereich rohrartigen Krümmerkörpers ab. Die Herstellung des Auspuffkrümmers wird dementsprechend erleichtert.

Der Auspuffkrümmer wird derart ausgestaltet, daß das Hitzeschild auspufftopfseitig und abgaskanäleseitig an je zwei einander diametral gegenüber liegenden Stellen an den Krümmerkörper angegossen oder mit Schildvorsprüngen eingegossen ist. Es ergibt sich eine optimale Befestigung an den Enden des Hitzeschildes. Sofern dieses eine Halbschale ist, wird der Auspuffkrümmer so ausgebildet, daß ein etwa die Hälfte des Rohrumfangs des Krümmerkörpers abdeckendes Hitzeschild an seinen Ekken an den Krümmerkörper angegossen oder mit Schildvorsprüngen eingegossen ist. Auch in diesem Fall ergibt sich eine optimale Halterung. In beiden Ausgestaltungen werden Verformungen der Ränder oder der Ecken an den Enden des Hitzeschildes durch die dort befindlichen Befestigungsstellen z.B. beim Herstellungsprozeß oder beim Einbau in das Kraftfahrzeug vermieden.

• ·

Soll eine verstärkte Verbindung zwischen dem Hitzeschild und dem Krümmerkörper hergestellt werden, wird der Auspuffkrümmer so ausgebildet, daß das aus einer Halbschale bestehende Hitzeschild mittig an den Krümmerkörper angegossen ist. Es ergibt sich eine zusätzliche Abstützung des Hitzeschildes für den Fall, daß dieses an seinen auspufftopfseitigen und abgaskanäleseitigen Enden befestigt ist. Bezüglich etwaiger zusätzlicher oder einer Vielzahl von Befestigungen des Hitzeschildes am Krümmerkörper ist das Angießen von besonderem Vorteil. Es können grundsätzlich beliebige viele Angußstellen vorgesehen werden. Ein Blech als Hitzeschild müßte im Bereich zwischen seinen Außenkanten mit besonderen Stegen versehen werden, oder es müßten Ausklinkungen gemacht werden, welche die geschlossene Aussenumfangsflache des Hitzeschildes stören bzw. strömungsstörende Löcher in den Wänden des Kanals zwischen dem Hitzeschild und dem Krümmerkörper darstellen. Eine Vielzahl von Verbindungsstellen eines gegossenen Hitzeschildes mit seinem Krümmerkörper kann zwar einen Nachteil wegen der Vergrößerung des Gewichts des Auspuffkrümmers sein. Andererseits bilden insbesondere mehrere Verbindungsstellen zwischen dem Hitzeschild und dem Krümmerkörper auch eine Versteifung, so daß das Hitzeschild in vergrößertem Maße ein tragendes Element des gesamten Krümmers ist, weswegen die Wandstärke des Krümmerkörpers verringert werden kann. Das Hitzeschild ist insbesondere dann krümmerkörperversteifend in den Auspuffkrümmer integriert.

Der Auspuffkrümmer kann auch derart ausgestaltet sein, daß das aus einer Halbschale bestehende Hitzeschild ein Blech ist und mit randseitigen Abwinkelungen in Haltevorsprünge des Krümmerkörpers eingegossen ist. In diesem Fall muß zwar das Hitzeschild als einzugießendes Teil vor dem Gießen des Auspuffkrümmers hergestellt und mit der Gießform des Auspuffkrümmers paßgerecht zuammengebaut werden. Das Hitzeschild ist jedoch besonders dünnwandig und kann daher im Falle einer erwünschten besonderen Gewichtsreduzierung des Auspuffkrümmers vorteilhafterweise herangezogen werden.

Die Erfindung wird anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:

&eegr;· ·
• ·

Fig.l einen gegossenen Auspuffkrümmer eines Kraftfahrzeugs in Seitenansicht, vom Motorblock aus gesehen, mit
Hitzeschild

Fig.la die Schnittdarstellung I-I der Fig.l,

Fig.2 eine um 90° geschwenkte Seitenansicht des Auspuffkrümmers der Fig.l,

Fig.3,3a einen Auspuffkrümmer mit einem aus Blech bestehenden Hitzeschild in den Sicht- bzw. Darstellungsweisen der Fig.l,la, und

Fig.4 eine um 90° gedrehte Seitenansicht des Krümmers der Fig.l in einer Darstellung gemäß Fig.2.

Der in den Figuren dargestellte Auspuffkrümmer 10 ist für Kraftfahrzeuge bestimmt. Er dient als abgasleitendes Element zwischen dem Motorblock und - zusammen mit weiteren abgasleitenden Rohren und dergleichen - einem Auspufftopf. Dementsprechend besitzt der Auspuffkrümmer auspufftopfseitig einen Anschlußflansch 17, der unter Zuhilfenahme der dargestellten Verbindungsbohrungen 17' bei der Herstellung des Kraftfahrzeugs mit einem Auspuffrohr verbunden wird, das einen ähnlichen Flansch aufweist. Ferner besitzt der Auspuffkrümmer 10 eine der Anzahl der Auslaßöffnungen des Zylinderblocks entsprechende Anzahl von Anschlußflanschen 20, von denen in der Zeichnung lediglich ein einziger beispielsweise dargestellt ist. Jeder Anschlußflansch 20 umgibt einen Abgaskanal 11 und alle Abgaskanäle 11 eines Auspuffkrümmers 10 bzw. des Krümmerkörpers 12 werden in dessen Zusammenführungsbereich 18 zu einem einzigen Querschnitt zusammengeführt. Es ergibt sich ein rohrartiger Bereich, der sich vom Zusammenführungsbereich 18 der Abgaskanäle 11 bis zum auspufftopfseitigen Anschlußflansch 17 erstreckt und im Bereich der Querschnitte I-I und III-III gemäß den Fig.la und 3a kreisringförmig ist.

In dem vorbeschriebenen rohrartigen Bereich des Krümmerkörpers 12 ist dieser auf einem Teil seines Außenumfangs von einem Hitzeschild 14 umgeben. Das Hitzeschild 14 ist mit Abstand 13 vom Außenumfang des Krümmerkörpers 12 angeordnet. Es schirmt diesen Bereich des Krümmerkörpers 12 ab, so daß sich die hier bis auf 600⁰C oder auch 800⁰C ansteigende Temperatur

nicht zerstörerisch auf die dem Auspuffkrümmer 10 benachbarten Bauteile des Kraftfahrzeugs auswirken kann, z.B. auf eine benachbart vorhandene Lenksäule, deren Kunststoff- oder Gummiteile besonders zu empfindlich sind. Diese vorteilhafte Wirkung des Hitzeschilds 14 gilt grundsätzlich für alle dargestellten Hitzeschilder. Ebenso ist allen Hitzeschildern 14 gemeinsam, daß sie auspufftopfseitig und abgaskanäleseitig je eine Luftströmungsöffnung 16,16' aufweisen. Die Luftströmungsöffnungen 16,16' ermöglichen nicht nur die verbesserte Abströmung der erhitzten Luft aus dem Bereich zwischen dem Hitzeschild 14 und dem Außenumfang des Krümmerkörpers 12. Hierbei wird sich entsprechend der Anordnung des Krümmers im Kraftfahrzeug eine Kaminwirkung einstellen, so daß die erhitzte Luft vertikal nach oben abzieht. Es ist vielmehr bei geeigneter Anordnung des Krümmers auch möglich, daß sich ein Luftströmungskanal bildet, in den Fahrtwind einströmen kann. Fig.3 zeigt einen Auspuffkrümmer 10, der mit seinem rohrartigen Bereich im wesentlichen horizontal angeordnet ist, so daß die Luftströmungsöffnung 16 bei entsprechendem Fahrtwind eine Lufteintrittsöffnung ist, während die Luftströmungsöffnung 16' eine Luftaustrittsöffnung ist. Es ergibt sich eine verbesserte Wärmeabfuhr durch extern verursachte Konvektion.

Das Hitzeschild 14 der Fig. 1,1a ist ein Gußteil. Es ist zusammen mit dem Krümmerkörper 12 in einem einzigen Gießvorgang hergestellt worden und besteht wie dieser z.B. aus einem hochwertigen Nickel-Chrom-Gußwerkstoff. Die festigkeitsmäßige Verbindung zwischen dem Hitzeschild 14 und dem Krümmerkörper 12 erfolgt einerseits an den vier Ecken des als Halbschale ausgebildeten Hitzeschilds 14. Es sind dort Angußvorsprünge 22 vorhanden. Ein weiterer Angußvorsprung 22' ist in der Mitte des als Halbschale ausgebildeten Hitzeschilds 14 in den Fig.1,1a, 2 dargestellt. Es ergibt sich eine verbesserte Verbindungsfestigkeit zwischen Hitzeschild 14 und Krümmerkörper 12 und auch das Fließen des Gußwerkstoffs in die auszufüllenden Bereiche des Hitzeschilds 14 wird beim Gießen des Auspuffkrümmers verbessert .

Das Hitzeschild 14 der Fig. 3,3a und 4 ist in der Formgebung etwa gleich dem Hitzeschild 14 der Fig.1,1a und 2. Es han-

delt sich jedoch um eine Halbschale aus Blech. Dieses Blech hat randseitige Abwinkelungen als Schildvorsprünge 15, die in HaI-tevorsprünge 19 des Krümmerkörpers 12 hineinragen. Die Haltevorsprünge 19 verstärken den Krümmerkörper 12 lediglich im Bereich der Befestigung der Abwinkelungen 15 des Hitzeschilds 14. Sie sind also gewichtsmäßig mit den Angußvorsprüngen 22 des Hitzeschilds 14 der Fig. 1,1a und 2 zu vergleichen. Ihr vielleicht etwas größeres Gewicht wird dadurch ausgeglichen, daß das Hitzeschild 14 aus Blech besteht und infolgedessen entsprechend leichter ist, so daß der Auspuffkrümmer 10 insgesamt leichter sein kann.

Für die Herstellung des Abstands 13 bzw. des Hohlraums zwischen dem Hitzeschild 14 und dem Außenumfang des Krümmerkörpers 12 wird ein Schalenkern benutzt, der aus Formsand hergestellt wird. In diesen Schalenkern werden Durchbrüche eingearbeitet, durch die die Angußvorsprünge 22 für das gegossene Hitzeschild 14 oder die Haltevorsprünge 19 für das aus Blech bestehende Hitzeschild 14 geformt werden. Vor der Herstellung des Auspuffkrümmers durch Gießen muß ein solcher Schalenkern an der Gußform in der zutreffenden Position befestigt werden, was durch am Modell angebrachte Kernmarken geschieht. Damit zeigt sich, daß die Herstellung eines angegossenen Hitzeschilds oder eines eingegossenen Hitzeschilds auf einfache Weise erreicht werden kann.

Claims

• · DR.-ING. DlPr-FI2IYS. '&EEacgr;. PATENTANWÄLTE DIPL-ING. P. EICHLER Ansprüche:

1. Auspuffkrümmer (10) für Kraftfahrzeuge, mit einem aus Gußwerkstoff bestehenden, mehrere Abgaskanäle (11) zusammenführenden Krümmerkörper (12), und mit einem mit Abstand (13) zum Krümmerkörper (12) an diesem befestigten Hitzeschild (14), dadurch gekennzeichnet, daß das Hitzeschild (14) an den Krümmerkörper (12) angegossen oder mit Schildvorsprüngen (15) eingegossen ist, und daß das Hitzeschild (14) auspufftopfseitig und abgaskanäleseitig je eine Luftströmungsöffnung (16,16') aufweist.

2. Auspuffkrümmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das Hitzeschild (14) den Krümmerkörper (12) in einem

rohrartigen Bereich etwa auf der Hälfte des Rohrumfangs abdeckt.

3. Auspuffkrümmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das Hitzeschild (14) den Krümmerkörper (12) etwa vom auspufftopfseitigen Anschlußflansch (17) bis in den Zusammenführungsbereich (18) der Abgaskanäle (11) abdeckt .

4. Auspuffkrümmer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (13) des Hitzeschildes (14) vom Krümmerkörper (12) überall etwa gleich groß ist.

5. Auspuffkrümmer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hitzeschild (14) auspufftopfseitig und abgaskanäleseitig an je zwei einander diametral gegenüber liegenden Stellen an den Krümmerkörper (12) angegossen oder mit Schildvorsprüngen (15) eingegossen ist.

6. Auspuffkrümmer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet ,

daß ein etwa die Hälfte des Rohrumfangs des Krümmerkörpers (12) abdeckendes Hitzeschild (14) an seinen Ecken an den Krümmerkörper (12) angegossen oder mit Schildvorsprüngen (15) eingegossen ist.

7. Auspuffkrümmer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das aus einer Halbschale bestehende Hitzeschild (14) mittig an den Krümmerkörper (12) angegossen ist.

8. Auspuffkrümmer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das aus einer Halbschale bestehende Hitzeschild (14) ein Blech ist und mit randseitigen Abwinkelungen (19) in Haltevorsprünge (15) des Krümmerkörpers (12) eingegossen ist·