EP0334168B1 - Abgasanlage für Kraftfahrzeuge - Google Patents

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EP0334168B1
EP0334168B1 EP89104504A EP89104504A EP0334168B1 EP 0334168 B1 EP0334168 B1 EP 0334168B1 EP 89104504 A EP89104504 A EP 89104504A EP 89104504 A EP89104504 A EP 89104504A EP 0334168 B1 EP0334168 B1 EP 0334168B1
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EP
European Patent Office
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sheet metal
exhaust system
metal casing
metal jacket
fixed bearing
Prior art date
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Application number
EP89104504A
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English (en)
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EP0334168A1 (de
Inventor
Georg Dipl.-Ing. Reuther
Harald Dipl.-Ing. Bressler
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Tenneco GmbH
Original Assignee
Heinrich Gillet GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/14—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having thermal insulation

Definitions

  • the invention relates to an exhaust system for motor vehicles according to the preamble of claim 1.
  • an insulating layer made of mineral wool or ceramic fleece etc. is placed on top, which is covered, held and protected on the outside by a sheet metal jacket.
  • the ends of the sheet metal jacket are either connected on both sides or - if significant thermal expansion differences between the exhaust system and sheet metal jacket are to be expected - on one side with the exhaust system by means of several tack welding spots (DE-A-25 52 647).
  • the low durability of the usual welded joints has several reasons.
  • the different material thickness of the exhaust system usually about 2 mm
  • the sheet metal jacket usually only 0.5 mm
  • the sheets mostly consist of different materials, eg. B. stainless steel for the exhaust system and mild steel for the sheet metal jacket, and are often covered with an aluminum layer as corrosion protection.
  • the loose sheet metal jacket carries out unevenness in the road and the like relative to the insulating layer and the exhaust system.
  • the insulating layer is damaged and loses its effect.
  • moisture and dirt can get into the space between the exhaust system and the insulation sheet metal jacket and trigger undesirable corrosion.
  • the sheet metal jacket always executes such relative movements on the loose side.
  • the above-mentioned DE-A-25 52 647 therefore proposes to reinforce the exhaust gas-carrying pipe by means of a plurality of plug-on and welded pipe pieces, and the free end of the sheet metal jacket by means of a metal ring which is welded inside.
  • the metal ring should slide over the pipe sections according to the difference in thermal expansion. If there is little play in the reinforcement ring compared to the pipe sections, corrosion, dirt and thermal expansion will quickly block its ability to move. If there is sufficient play in the reinforcement ring, water and dirt cannot be prevented from penetrating.
  • the present invention has for its object to improve the connections between the exhaust system and the sheet metal jacket in every respect.
  • Embodiments of the invention in the area of the fixed bearing with material reinforcement are the subject of dependent claims 2 to 4.
  • Embodiments of the invention in the area of the floating bearing are the subject of subclaims 5 to 7, subclaims 6 and 7 show solutions which limit the longitudinal movements of the free end of the sheet metal jacket, caused by thermal expansion differences, by engine vibrations, by exhaust gas pulsations, etc.
  • a housing 1 for example a muffler or catalytic converter, which is connected to exhaust pipes 2 on the inlet and outlet sides.
  • the Gezzasue 1 is surrounded by an insulating shell, which consists of an insulating layer 3 and a thin sheet metal jacket 4.
  • the mechanical connection between the sheet metal jacket 4 and the exhaust pipes 2 of the exhaust system is made on the left side by a fixed bearing 6, on the right side by a floating bearing 7.
  • the floating bearing 7 allows the stress-free compensation of thermal expansion differences between the housing 1 and the sheet metal jacket 4.
  • connection between the sheet metal jacket 4 and the exhaust pipe 2 is made by a clamping ring 8.5, which presses the end of the sheet metal jacket 4 into a circumferential bead 2.1.
  • the ends 8.6 of the clamping ring 8.5 can be welded together to increase the fatigue strength.
  • Such a connection is almost as tight and stable as a welded connection, but can be established more quickly.
  • the known problems with welded joints _ structural changes, low mechanical strength, increased Susceptibility to corrosion _ do not occur.
  • Fig. 2 shows this connection in cross section.
  • a labyrinthine gap seal was realized with the aid of a sleeve ring 9.1, which is welded to the exhaust pipe 2 on one side. Clamping is also possible.
  • the sleeve ring 9.1 overlaps the end 4.1 of the sheet metal jacket 4. This connection is largely protected against the ingress of moisture and dirt and against the escape of insulating material 3. Furthermore, no rattling noises can occur. Dynamic relative movements between the housing 1 and the sheet metal jacket 4 are reduced to a minimum, so that a long service life of the same can be expected even when using insulating material 3 of low mechanical strength.
  • Fig. 3 shows on the side of the fixed bearing 6 a variant of the mechanical connection without welding.
  • a circumferential bead 2.1 is introduced into the exhaust pipe 2.
  • a sleeve 8.2 is placed over the end of the sheet metal jacket 4 and pressed into the surrounding bead 2.1.
  • the sliding sleeve 9.1 carries a circumferential groove 9.2 into which the end 4.2 of the sheet metal jacket 4, which is bent outwards, engages. This limits the free mobility of the end 4.2 of the sheet metal jacket 4 in both directions; the sheet metal jacket 4 remains securely held in the sleeve ring 9.1 even under extreme loads.
  • Fig. 4 in longitudinal section and Fig. 5 in cross section show a third embodiment for a fixed bearing 6.
  • the end of the sheet metal jacket 4 is here with the help of a wide clamping ring 8.7 fastened on the exhaust pipe 2, the mechanical tension being introduced into the clamping ring 8.7 by forming beaded ears 8.8.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • In bestimmten Fällen ist es erforderlich und üblich, Teile der Abgasanlage, beispielsweise Töpfe, Katalysatorgehäuse, Rohre und dergleichen, thermisch zu isolieren. Hierzu wird zunächst eine Isolierschicht aus Mineralwolle oder keramischem Vlies etc., aufgelegt, die außen von einem Blechmantel umhüllt, gehalten und geschützt wird. Die Enden des Blechmantels werden entweder beidseitig oder - wenn erhebliche thermische Ausdehnungsdifferenzen zwischen Abgasanlage und Blechmantel zu erwarten sind - einseitig mit der Abgasanlage durch mehrere Heftschweißpunkte verbunden (DE-A-25 52 647).
  • Die Erfahrung zeigt, daß diese Schweißstellen sehr schnell zerstört werden, so daß der Blechmantel sich frei gegenüber der Isolierschicht und der Abgasanlage bewegen kann.
  • Die geringe Haltbarkeit der üblichen Schweißverbindungen hat mehrere Gründe. Hier ist einmal zu nennen die unterschiedliche Materialdicke der Abgasanlage, meist ca. 2 mm, und des Blechmantels, meist nur 0,5 mm, ferner die Tatsache, daß die Bleche meist aus unterschiedlichen Materialien bestehen, z. B. Edelstahl für die Abgasanlage und Normalstahl für den Blechmantel, und oft noch mit einer Aluminiumschicht als Korrosionsschutz belegt sind.
  • Bedingt durch Motorschwingungen, Abgaspulsationen, Fahrbahnunebenheiten und dergleichen führt der lose Blechmantel Relativbewegungen aus gegenüber der Isolierschicht und der Abgasanlage. Zunächst wird die Isolierschicht dadurch beschädigt und verliert ihre Wirkung. Weiterhin kommt es zu nicht unerheblichen Klappergeräuschen. Außerdem können Feuchtigkeit und Schmutz in den Raum zwischen Abgasanlage und Isolationsblechmantel gelangen und unerwünschte Korrosionen auslösen.
  • Derartige Relativbewegungen führt der Blechmantel auf der losen Seite immer aus. Die oben erwähnte DE-A-25 52 647 schlägt deshalb vor, das abgasführende Rohr durch mehrere aufgesteckte und geschweißte Rohrstücke, das freie Ende des Blechmantels durch einen innen eingeschweißten Metallring zu verstärken. Der Metallring soll entsprechend der thermischen Ausdehnungsdifferenz über den Rohrstücken gleiten. Erhält der Verstärkungsring wenig Spiel gegenüber den Rohrstücken, werden Korrosion, Schmutz und Wärmedehnung seine Bewegungsfähigkeit schnell blockieren. Erhält der Verstärkungsring ausreichend Spiel, können Wasser und Schmutz nicht am Eindringen gehindert werden.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verbindungen zwischen der Abgasanlage und dem Blechmantel in jeder Beziehung zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.
  • Damit ergeben sich die Vorteile, daß mögliche Relativbewegungen zwischen Blechmantel und Abgasanlage auf ein Minimum reduziert sind, wodurch die Lebensdauer des Isoliermaterials positiv beeinflußt wird, daß Klappergeräusche ganz entfallen, daß Schweißverbindungen ganz entfallen, daß auch Isoliermaterial, welches mechanisch weniger stabil ist, verwendet werden kann und vor allem, daß die Verbindung zwischen Blechschale und Abgasanlage auch auf der Seite des Loslagers aufgrund der labyrinthartigen Konstruktion praktisch dicht ist, so daß weder Wasser noch Schmutz eindringen oder die Isoliermaterialien herausfallen können.
  • Ausgestaltungen der Erfindung im Bereich des Festlagers mit Materialverstärkung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 4.
  • Ausgestaltungen der Erfindung im Bereich des Loslagers sind Gegenstand der Unteransprüche 5 bis 7, wobei die Unteransprüche 6 und 7 Lösungen aufzeigen, die die Längsbewegungen des freien Endes des Blechmantels, hervorgerufen durch thermische Ausdehnungsdifferenzen, durch Motorschwingungen, durch Abgaspulsationen usw., begrenzen.
  • Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen
    • Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines isolierten Schalldämpfergehäuses als Teil einer Abgasanlage für Kraftfahrzeuge,
    • Fig. 2 einen Querschnitt durch die Ausführungsform der Fig. 1 entlang der Linie II-II,
    • Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines isolierten Schalldämpfergehäuses als Teil einer Abgasanlage für Kraftfahrzeuge,
    • Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines isolierten Schalldämpfergehäuses als Teil einer Abgasanlage für Kraftfahrzeuge und
    • Fig. 5 einen Querschnitt durch die Ausführungsform der Fig. 4 entlang der Linie V-V.
  • In Fig. 1 erkennt man einen Längsschnitt durch ein Gehäuse 1, beispielsweise eines Schalldämpfers oder Katalysators, welches mit abgasführenden Rohren 2 eingangsseitig und ausgangsseitig verbunden ist. Das Gehäsue 1 ist mit einer Isolierschale umgeben, die aus einer Isolierschicht 3 und einem dünnen Blechmantel 4 besteht.
  • Die mechanische Verbindung zwischen Blechmantel 4 und den abgasführenden Rohren 2 der Abgasanlage erfolgt auf der linken Seite durch ein Festlager 6, auf der rechten Seite durch ein Loslager 7. Das Loslager 7 erlaubt den spannungsfreien Ausgleich von thermisch bedingten Ausdehnungsunterschieden zwischen Gehäuse 1 und Blechmantel 4.
  • Im Bereich des Festlagers 6 wird die Verbindung zwischen Blechmantel 4 und abgasführendem Rohr 2 durch einen Spannring 8.5 hergestellt, der das Ende des Blechmantels 4 in eine umlaufende Sicke 2.1 preßt. Die Enden 8.6 des Spannrings 8.5 können zur Erhöhung der Dauerfestigkeit miteinander verschweißt werden. Eine derartige Verbindung ist nahezu so dicht und stabil wie eine Schweißverbindung, läßt sich jedoch schneller herstellen. Die bekannten Probleme bei Schweißverbindungen _ Gefügeveränderungen, geringe mechanische Festigkeit, erhöhte Korrosionsanfälligkeit _ treten nicht auf.
  • Fig. 2 zeigt diese Verbindung im Querschnitt. Auf der Seite des Loslagers 7 wurde eine labyrinthartige Spaltdichtung realisiert mit Hilfe eines Muffenrings 9.1, der auf der einen Seite mit dem abgasführenden Rohr 2 verschweißt ist. Auch eine Klemmbefestigung ist möglich. Auf der anderen Seite übergreift der Muffenring 9.1 das Ende 4.1 des Blechmantels 4. Diese Verbindung ist weitestgehend geschützt gegen das Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutz und gegen das Austreten von Isoliermaterial 3. Ferner können keine Klappergeräusche auftreten. Dynamische Relativbewegungen zwischen Gehäuse 1 und Blechmantel 4 sind auf ein Minimum reduziert, so daß auch bei Verwendung von Isoliermaterial 3 geringer mechanischer Festigkeit mit einer langen Lebensdauer desselben gerechnet werden kann.
  • Fig. 3 zeigt auf der Seite des Festlagers 6 eine Variante der mechanischen Verbindung ohne Schweißen. In das abgasführende Rohr 2 ist eine umlaufende Sicke 2.1 eingebracht. Über das Ende des Blechmantels 4 ist eine Muffe 8.2 gelegt und in die umlaufende Sicke 2.1 eingepreßt.
  • Im Bereich des Loslagers 7 trägt die Schiebemuffe 9.1 eine umlaufende Nut 9.2, in die das nach außen abgekröpfte Ende 4.2 des Blechmantels 4 eingreift. Dadurch wird die freie Beweglichkeit des Endes 4.2 des Blechmantels 4 in beiden Richtungen begrenzt; der Blechmantel 4 bleibt auch bei extremen Beanspruchungen sicher im Muffenring 9.1 gehalten.
  • Fig. 4 im Längsschnitt und Fig. 5 im Querschnitt zeigen eine dritte Ausführungsform für ein Festlager 6. Das Ende des Blechmantels 4 wird hier mit Hilfe eines breiten Spannrings 8.7 auf dem abgasführenden Rohr 2 befestigt, wobei die mechanische Spannung durch Bildung von angesickten Ohren 8.8 in den Spannring 8.7 eingebracht wird.
  • Im Bereich des Loslagers 7 erkennt man eine Ausführungsform, bei der das Ende 4.3 des Blechmantels 4 gewellt ist, so daß eine Art entsteht, die den notwendigen Spalt zwischen dem abgasführenden Rohr 2 und dem losen Ende des Muffenrings 9.1 elastisch überbrückt.
  • Es versteht sich, daß nicht alle denkbaren mechanischen Lösungen des erfindungsgemäßen Prinzips in der Zeichnung dargestellt werden konnten. Gemeinsam ist allen Lösungen die Dichtigkeit gegen das Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit und das Austreten von Isoliermaterial und der problemlose Ausgleich von thermischen Ausdehnungsdifferenzen im Bereich des Loslagers und die mechanische Festigkeit und Dichtigkeit im Bereich des Festlagers, wobei die mit Schweißverbindungen verknüpften Probleme vermieden werden.

Claims (7)

1. Abgasanlage (1, 2) für Kraftfahrzeuge, bestehend aus abgasführenden Gehäusen (1) und/oder Rohren (2), die von einem aus relativ dünnem Blech bestehenden Blechmantel (4) umgeben sind, wobei zwischen Abgasanlage (1, 2) und Blechmantel (4) auf der einen Seite ein Festlager (6), auf der anderen Seite ein Loslager (7) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Festlager (6) als Klemmverbindung mit einem über den Blechmantel (4) gelegten Klemmring (8), das Loslager (7) als Spaltdichtung mit einem das freie Ende (4.1, 4.2, 4.3) des Blechmantels (4) übergreifenden und führenden Muffenring (9) ausgeführt ist, der auf der anderen Seite mit der Abgasanlage (1, 2) verbunden ist.
2. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Festlager (6) als eingesickte Muffe (8.2) realisiert ist.
3. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Festlager (6) als Spannring (8.7) mit angesickten Ohren (8.8) realisiert ist.
4. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Festlager (6) als aufgespannter Ring (8.5) realisiert ist.
5. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende (4.3) des Blechmantels (4) gewellt ist.
6. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Muffenring (9.1) eine umlaufende Nut (9.2) vorgesehen ist, die die freie Bewegung des ausgestellten Endes (4.2) des Blechmantels (4) begrenzt.
7. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Gehäuse (1) bzw. Rohr (2) eine umlaufende Nut vorgesehen ist, die die freie Bewegung des ausgestellten Endes des Blechmantels (4) begrenzt.
EP89104504A 1988-03-19 1989-03-14 Abgasanlage für Kraftfahrzeuge Expired - Lifetime EP0334168B1 (de)

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