JP2017125506A - ファンネル・パイプ配置 - Google Patents

Abstract

【課題】ファンネル・パイプ配置、関連する製造方法、そして特に労力を軽減し製造費用を低減させるこの配置を備える排気システムを提供する。【解決手段】本発明は、ファンネル４におけるパイプ５の配置６に関する。該配置において、パイプ内部８はファンネル内部９と流体接続され、パイプはクランプ接続７によってファンネルに締結され、ファンネルに一体的にコネクタ１０が形成され、該コネクタは少なくとも２つの軸方向に向かう開口切込み１２をその円周方向１１に有し、コネクタの外側に接続スリーブ１４が配置され、該接続スリーブはファンネルに向かって先細りになって接続スリーブに一体的に形成されるクランプカラー１５を有し、パイプは、ファンネルに面する端部１６でコネクタに配置され、端部は、該端部に一体的に形成されてファンネルから離れる方向に先細りになる対向クランプカラー１７を有する。【選択図】図１

Description

本発明はファンネルにおけるパイプの配置とそのような配置を製造する方法に関する。
また、本発明は、排気ガス処理装置をパイプ片に接続するための少なくとも１つのこのよ
うな配置を有する、内燃機関のための排気システム、特に自動車のための排気システムに
関する。

内燃機関の排気システム、特に自動車における内燃機関の排気システムでは、排気ガス
処理装置をパイプ片に接続するために、クランプ接続の使用が増加している。これにより
排気ガス処理装置又はその部品の交換は簡素化される。

排気ガス処理装置は、通常はハウジングを有し、その断面は、ハウジングへのパイプ片
及び／又はハウジングからのパイプ片の断面より大きい。従って、排気ガス処理装置のハ
ウジングはコネクタを有する取込口ファンネル及び／又は排出口ファンネルを通常備え、
そのコネクタによって、パイプ片のそれぞれがハウジングに取り付けられている。クラン
プ接続によりパイプ片をコネクタに十分堅固に接続するために、クランプを介して比較的
大きい力が伝送される必要がある。クランプ接続を確実にするためには、コネクタとパイ
プ片とが中心に配置されるか、又は相互にアライメントされることが有利であるので、ク
ランプ接続が軸クランプのみに作用する必要がある。

パイプ体に関してコネクタを中心に配置するため、クランプ接続の領域に追加の支持パ
イプを設けることは原理的に可能であり、支持パイプはコネクタに挿入され、配置内のパ
イプ片内へ軸方向に突出する。支持パイプは、所望のアライメント又は中心を作り出すよ
うに、コネクタとパイプ片の寸法に適合される。また、コネクタを支持パイプと溶接する
こと、支持パイプのパイプ片にクランプ接続を適用することは、原理的に可能である。い
ずれの場合も、さらなる尽力が排気ガス処理装置の製造やハウジングのパイプ片接続の製
造に帰される。

本発明は、ファンネル・パイプ配置、関連する製造方法、そして特に労力を軽減し製造
費用を低減させるこの配置を備える排気システムのための、改善された又は少なくとも相
違のある実施形態を特定するという課題に関する。

本発明によると、この課題は独立請求項の主題により解決される。有利な実施形態は従
属請求項の主題を構成する。

本発明は、コネクタが、その端部における円周方向に配置される少なくとも２つの個別
の軸方向の開口切込みを有するように、コネクタを形成するという一般的なコンセプトに
基づく。これらの切込みにより、コネクタが、閉じられるというよりも分断されるように
円周方向へ延長することが可能になる。また、パイプがコネクタに配置されるときに、切
込みにより各コネクタ部を軸方向にパイプへと突出させることができる。コネクタ部は、
コネクタに関してパイプのアライメント又はセンタリングを実現する。接続スリーブは、
コネクタの半径方向の外側に配置され、また、ファンネルに向かって先細りになり、接続
スリーブに一体的に形成されるクランプカラーを備える。これに対し、パイプは、これも
コネクタの半径方向の外側に配置される端部に、該端部に一体的に形成されてファンネル
から離れる方向に向かって先細りになる対向クランプカラーを備える。ここで、クランプ
接続はクランプによって形成されることができ、クランプは、クランプカラーと対向クラ
ンプカラーを取り囲み、軸方向で相互にプレストレスを与える環状接続体を有する。全体
として、パイプとファンネルとの間に十分に堅固で安定的な接続が実現され、上述のよう
な追加の支持パイプを設けることが可能である。こうして、その配置の製造は簡素化され
、安価に実現可能である。

有利な実施形態では、クランプカラーは、対向クランプカラーに対して、シールによっ
て直接的又は間接的に支持可能である。こうして、クランプ接続内で十分なシールがなさ
れる。

有利な実施形態では、接続スリーブは、パイプに面する側にクランプカラーと類似の方
法でファンネルに向かって先細りになる軸支持面を有する。これは特に、接続スリーブが
、成形されたシート状の金属部品、好ましくは深絞り部品の場合である。また、パイプの
端部は、ファンネルに面する側に例えばシール要素などによって、支持面が直接的又は間
接的に軸方向に支持される軸ストップ面を有する。この設計によって、配置内の十分なシ
ールを容易にする平面上の支持、特に平面上の接触がつくりだされる。そして、クランプ
は軸状のプレストレスを提供し、支持面がストップ面に対してプレストレスを与えられる
。

有利な展開では、パイプの端部が、少なくとも対向クランプカラーとストップ面とを有
する領域において比較的硬いこと、つまり例えば鋳造又は旋削加工により形成されるよう
に設けられてもよい。こうして、比較的大きい軸ストレスが配置内に実現されること、例
えば高い保持力を得ることができる。また、これは例えば比較的高いガス圧力がパイプ及
び／又はファンネル内に存在する場合に有利である。

別の実施形態では、接続スリーブは円周方向にただ１つの間隙部を有してもよく、その
結果として接続スリーブは半径方向に弾性を備える。代替的な実施形態では、接続スリー
ブには円周方向に間隙がない、つまり全周囲で閉じられている。

別の有利な実施形態では、接続スリーブはコネクタと溶接されてもよい。このとき、円
周方向に閉じられるようにして全周囲にわたる閉じられた溶接シームは、コネクタと接続
スリーブが十分にシールされるため好ましい。溶接シームは、環状に閉じられ、切込みに
軸方向に接続するコネクタの領域に配置される。

別の好ましい実施形態では、コネクタの切込みによって形成されるコネクタ部が提供さ
れ、そこでコネクタ部の大きさはファンネルから離れるに従って円周方向に減少する。こ
のようなコネクタ部の設計によって、コネクタのパイプへの導入が簡易化される。

別の実施形態では、コネクタはファンネルを再成形してファンネルに一体的に形成され
てもよい。これによりコネクタは特に安価にファンネルに設けることができる。

別の特に好ましい実施形態では、ファンネル・パイプ配置は以下に記載される方法によ
って製造されてもよい。ここで生じる有利性に関して、以下の方法の記載が参照される。

本発明に係る方法において、ファンネルに開口部が形成され、前記開口部は少なくとも
２つの放射状部分を備える星型断面を有する。ファンネルはこの開口部の領域で押し出さ
れ、その結果としてコネクタが形成される。複数の放射部を伴う星型断面の放射状部分は
、コネクタ内に軸方向の開口切込みを形成し、結果として円周方向でコネクタが分断され
る。接続スリーブとパイプとがコネクタに配置されたのち、接続スリーブを用いてパイプ
をコネクタに固定するために、クランプが設置されてもよい。

パイプが配置される前に、例えば溶接接続又ははんだ付け接続などによって、好ましく
は防漏される方法で、接続スリーブをコネクタに締結することは便宜的である。

対向クランプカラーは、フレア加工又は別の成形技術によって、パイプの端部に一体的
に形成されてもよい。

有利な実施形態によると、ファンネルの開口部は、星型断面の放射状部分が外側から内
側へと先細りになるような方法で形成されてもよい。これは、コネクタ内に形成された切
込みがファンネルから遠ざかると拡がるということを意味する。このことから、コネクタ
部が弾性的に変形するときに起こり得るコネクタ内部のストレスは低減される。

別の有利な実施形態によると、ファンネルの開口部の断面は、実質的にＹ形状又はＸ形
状であるように、正確に３又は４つの放射状部分を有してもよい。３又は４つの放射状部
分は、コネクタにおいて十分な弾性のあるコネクタ部を形成するのに適切であるというこ
と知られている。

ファンネルの開口部の星型断面が、外側から内側へと先細りになる放射状部分と併せて
３又は４つの放射状部分を有する場合、ファンネルの開口部の断面には、全体としてクロ
ーバーの葉の形状が形成される。こうして、半径方向に特に高い反発弾性を有する比較的
短いコネクタ部が円周方向に形成される。

本発明の排気システムにおいて、少なくとも１つの排気ガス処理装置が提供され、該装
置は、取込口側又は排出口側に少なくとも１つのファンネルを備えるハウジングを有し、
排気システムのパイプ片又はパイプに取り付けられ、その取り付けは上述の型のファンネ
ル・パイプ配置によってなされる。

本発明のさらなる重要な特性と有利性とは、従属請求項、図面、及び関連する図面を用
いた発明を実施するための形態に記載される。

上述の特性と以下でまた解説される特性とは、本発明の範囲から外れることなく、それ
ぞれの場合に用いられる組合せにおいてだけでなく、他の組合せ又は単独で用いられても
よいということは明白である。

本発明の好ましい例示的実施形態は図面に表され、以下の発明を実施するための形態に
おいてより詳細に解説される。同一の参照記号は同一又は類似、又は機能的に同様の部品
を示す。

図１は、ファンネル・パイプ配置の領域において、大きく簡素化した排気シ ステムの縦断面を概略的に示す。 図２は、配置製造の際の、大きく簡素化したファンネルの平面図を概略的に 示す。 図３は、図１のような断面図を概略的に示すが、これは配置製造の際のもの である。

図１において、一部のみが表されている排気システム１は排気ガス処理装置２を含み、
該排気ガス処理装置２は、排気ガス処理装置２の処理タスク次第で少なくとも１つ処理要
素が配置される少なくとも１つのハウジング３を備える。このような処理要素は例えば触
媒又は粒子フィルタであってよい。ハウジング３には、軸方向の端部の１つにファンネル
４が設けられ、これによりハウジング３が排気システム１のパイプ５に取り付けられる。
取り付けは、クランプ接続７を含むファンネル・パイプ配置６によっておこなわれる。

図１では、ハウジング３の１つの軸方向の端部のみが示されている。図示されていない
ハウジング３の他方の軸方向の端部も、別のパイプ５に接続されるファンネル４を有し得
るということは明らかである。原則として、同一のファンネル・パイプ配置６が用いられ
るが、絶対的に必要という訳ではない。

また、排気システム１はさらなる排気ガス処理装置２を有してもよく、それぞれの装置
は少なくとも１つのファンネル４を備えるハウジング３を有し、パイプ５又は別のパイプ
５に接続される。ここでも、同一のファンネル・パイプ配置６が用いられるが、絶対的に
必要ではない。

パイプ５は、個別の排気パイプ、又は例えば排気ガスターボチャージャのタービンの排
出口コネクタなどの排気システム１の別の部品の接続片として設計されてもよい。

本明細書で提示されるファンネル・パイプ配置６（省略形として、以下では配置６とも
言及される）によって、パイプ内部８とファンネル内部９との間の流体接続が可能になる
。また、配置６は、パイプ５をファンネル４に固定させることができる。固定はクランプ
接続７によっておこなわれる。クランプ接続７はパイプ５をファンネル４に締結する。

コネクタ１０はファンネル４に一体的に形成される。コネクタ１０はファンネル４から
外方へ向く端部に、円周方向１１に配置された、軸方向の少なくとも２つの別々の開口切
込み１２を有する。また、コネクタ１０は切込み１２の領域において円周方向１１に分断
されているので、この分断領域では切込み１２の数に対応する数のコネクタ部１３が存在
し、前記コネクタ部は、円周方向１１において切込み１２によりそれぞれに間隔があいて
いる。

コネクタ部１３は、円周方向１１に可変する領域を有する。円周方向１１におけるコネ
クタ部１３の前記領域は、ファンネル４から離れるに従って減少する。つまり、コネクタ
部１３がコネクタ１０の分断されていない部分と合流する脚部端よりも、自由端部におい
て、コネクタ部１３はより狭くなる。

配置６はまた、コネクタ１０の半径方向の外側に配置され、ファンネル４に向かって先
細りになるクランプカラー１５を有する接続スリーブ１４を含む。例えば、クランプカラ
ー１５は冠状、すなわち、球台状であるが、好ましくは円錐形であり、円錐体としても言
及され得る。

パイプ５は、ファンネル４に面する端部１６を伴って、コネクタ１０の半径方向の外側
に配置される。工程において、コネクタ部１３はパイプ５又は端部１６と軸方向に係合す
る。ファンネル４から離れるに従って先細りになる対向クランプカラー１７は、端部１６
と一体的に形成される。例えば対向クランプカラー１７は冠状、つまり、球台状であって
よい。しかし、対向クランプカラー１７は好ましくは円錐形であり、逆円錐体としても言
及され得る。

最後に、クランプ接続７は、環状接続体１９と従来型設計のクランプ装置（ここでは図
示せず）を含有するクランプ１８を含む。またクランプ１８は、点線で示されるクランプ
バンド２０を選択的に備えてもよい。上述のクランプ装置は、円周方向１１の締付け力を
クランプバンド２０に導入するため、前記クランプバンド２０と相互に作用する。クラン
プバンド２０と接続体１９との円周径は減少し、その結果として接続体１９は半径方向に
内側に移動する。円周径を減少させるために、代替的に、クランプ装置が接続体１９と直
接的に相互作用することも可能である。接続体１９は、Ｖ字形状の外形を有するので、ク
ランプ１８が締められるときに、半径方向と軸方向とおいてクランプカラー１５と対向ク
ランプカラー１７との両方に適合し、軸方向に相互にプレストレスを与える。

提示の実施例において、接続スリーブ１４は、パイプ５に面するクランプカラー１５側
に支持面２１を備える。実施例では、接続スリーブ１４は深絞り又は深型板金部品として
設計されるので、支持面２１も円錐形である。また、ストップ面２２がパイプ５の対向ク
ランプカラー１７に設けられ、前記ストップ面はファンネル４に面する側に配置される。
この２つの面、つまり支持面２１とストップ面２２とは相互に適合し、例えばシールが面
２１と２２との間に軸方向に配置される場合に、示されるように直接的に、又は間接的に
、軸方向に相互に支持されることが可能である。

接続スリーブ１４は円周方向１１に間隙を有してもよい。その結果、前記スリーブは半
径方向に弾性的になる。しかし、接続スリーブ１４は好ましくは円周方向１１に間隙がな
く、全周囲で閉じており、対応する壁厚によって必要な圧力の安定化が施される。

接続スリーブ１４は原則的にコネクタ１０に対してシールされる。該シールは切込み１
２が接続されるコネクタ１０の領域でなされる。シールは、封止のために接続スリーブ１
４とコネクタ１０との間で半径方向に配置されてもよい。共に十分なシールをおこなうよ
うな方法で、接続スリーブ１４をコネクタ１０に締結することも可能である。例えば接着
結合接続が考慮される。しかし、高温によるはんだ付け接続又は溶接接続が好ましい。こ
のような溶接接続は、例えば、図１に２３として示されている円周シームの形態で設けら
れてもよい。

図１の実施例では、対向クランプカラー１７とストップ面２２とを有する、少なくとも
領域２４において、パイプ５の端部１６には比較的硬い、つまりコネクタよりも厚い壁厚
が設けられる。この領域は例えば鋳造又は旋削加工により形成されてもよい。特に、端部
１６全体又はパイプ５全体がこのように硬くともよい。

図１において、パイプ５は、内側２５に環状ステップ３２を有してもよく、コネクタ１
０は該ステップへと軸方向にコネクタ部１３に係合する。パイプ５がコネクタ１０に配置
されるときに、コネクタ１０とパイプ５との間で中心線がうように、環状ステップ３２
の内断面はコネクタ部１３の外断面に適合される。

上述の配置６の製造のための方法は以下のようにおこなわれる。

まず、図２に記載のファンネル４において、開口部２６が例えば打ち抜き又は切断工程
によって形成される。開口部２６は、星型で少なくとも２つの放射状部分２８を有する開
口部断面２７を有する。図２では、４つの放射状部分を備える構成が示されており、星型
の断面２７は共通の中心２９から続く４つの放射状部分２８を有する。開口部２６の領域
にあり、円周方向１１で２つの隣接する放射状部分同士の間にそれぞれが配置されるファ
ンネル部３０が、開口部２６の中心２９で自立するように配置され、それゆえ互いに接触
しないような方法で、開口部２６の断面２７は好ましくは形成される。

図３では、コネクタ１０は、開口部２６の領域でファンネル４を成形することによって
形成されてもよい。この成形は、開口部２６を有するファンネル４の領域３１が工程にお
いて機械的に再成形され外側に押し出されるという、「突き抜け法（ｐｕｔｔｉｎｇ ｔ
ｈｒｏｕｇｈ）」として既知の方法によっておこなわれる。そして、開口部２６へ突出す
る上述のファンネル部３０はコネクタ部１３を形成し、放射状部分２８は軸方向の開口部
切込み１２を形成する。接続スリーブ１４は、図３ではコネクタ１０に配置されてもよい
。接続スリーブ１４は選択的にコネクタ１０に溶接されてもよい。

接続スリーブ１４が配置された後、図１に示すようにパイプ５が配置され、前記パイプ
は、パイプ５を軸方向に通るコネクタ部１３によって中心に据えられ、クランプ１８によ
って、そして接続スリーブ１４によってファンネル４に固定される。

図２に示されるように、開口部２６は、各放射状部分２８が外から内側へ先細りになる
ように便宜的に形成されてもよい。この開口幅は中心２９へ向かって減少する。言及され
たように、図２の実施例においては、正に４つの放射状部分２８が設けられている。放射
状部分２８の内側に先細りになる断面で、開口部２６はクローバーの葉の形状をなす。

Claims (15)

1. ファンネル（４）におけるパイプ（５）の配置であって、
   パイプ内部（８）はファンネル内部（９）と流体接続され、
   前記パイプ（５）はクランプ接続（７）によって前記ファンネル（４）に締結され、
   コネクタ（１０）は前記ファンネル（４）から延長された部分であり、前記ファンネル（４）と同一の部材により構成され、該コネクタ（１０）は、少なくとも２つの軸方向に向かう開口切込み（１２）をその円周方向（１１）に有し、
   前記コネクタ（１０）の外側に接続スリーブ（１４）が配置され、該接続スリーブ（１４）は、前記ファンネル（４）に向かって先細りになって前記接続スリーブ（１４）に一体的に形成されるクランプカラー（１５）を有し、
   前記パイプ（５）は、前記ファンネル（４）に面する端部（１６）で前記コネクタ（１０）に配置され、
   前記端部（１６）は、該端部（１６）に一体的に形成された対向クランプカラー（１７）を有し、
   前記クランプ接続（７）は、前記クランプカラー（１５）と前記対向クランプカラー（１７）とに適合して軸方向で相互にプレストレスを与える環状接続体（１９）を備えるクランプ（１８）を有し、
   前記コネクタ（１０）の前記切込み（１２）によってコネクタ部（１３）が形成され、
   前記コネクタ部（１３）は、コネクタに関してパイプのアライメント又はセンタリングを実現する、配置。
2. 前記クランプカラー（１５）は、前記対向クランプカラー（１７）に対して、シールによって直接的又は間接的に支持をする、請求項１に記載の配置。
3. 前記クランプカラー（１５）は、前記パイプ（５）に面する側に軸支持面（２１）を有し、
   前記対向クランプカラー（１７）は、前記ファンネル（４）に面する側に、前記軸支持面（２１）が支持される軸ストップ面（２２）を有する、請求項１又は請求項２に記載の配置。
4. 前記接続スリーブ（１４）は前記円周方向（１１）にただ１つの間隙を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の配置。
5. 前記接続スリーブ（１４）は前記コネクタ（１０）に溶接される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の配置。
6. 前記コネクタ部の領域の大きさは、前記ファンネル（４）から離れるに従って前記円周方向（１１）において減少する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の配置。
7. 前記コネクタ（１０）は、前記ファンネル（４）を再成形することよって前記ファンネル（４）に一体的に形成される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の配置。
8. 前記接続スリーブ（１４）は、前記コネクタ（１０）の外周面に接続され、
   前記接続の位置は、前記開口切込み（１２）と前記コネクタ（１０）の軸方向において重ならない位置である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の配置。
9. 前記パイプ（５）の内周面には、環状ステップ（３２）が設けられており、
   前記コネクタ部（１３）は、前記環状ステップ（３２）に係合する、請求項６に記載の配置。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の配置（６）を製造するための方法であって、
    ファンネル（４）内に開口部（２６）を設け、
    前記ファンネル（４）における前記開口部（２６）の領域（３１）を押し出してコネクタ（１０）を形成し、
    前記コネクタ（１０）に接続スリーブ（１４）を配置し、
    前記コネクタ（１０）に、パイプ（５）の対向クランプカラー（１７）を有する端部（１６）を配置し、
    前記対向クランプカラー（１７）とクランプカラー（１５）とを取り囲み、軸方向で相互にプレストレスを与えるように、クランプ（１８）を設置し、
    前記開口部（２６）は、少なくとも２つの放射状部分を有する星型の開口形状を備え、前記コネクタ（１０）は、前記星型断面（２７）の１つの放射状部分（２８）によってそれぞれが形成される少なくとも２つの軸方向の開口切込み（１２）を円周方向（１１）に有し、前記接続スリーブ（１４）は、前記ファンネル（４）に向かって先細りになって前記接続スリーブ（１４）に一体的に形成される前記クランプカラー（１５）を備え、前記対向クランプカラー（１７）は、前記端部（１６）に一体的に形成される、方法。
11. 前記開口部（２６）は、前記断面（２７）の前記放射状部分（２８）が外側から内側へと先細りになるように形成される、請求項１０に記載の方法。
12. 前記ファンネル（４）の前記開口部（２６）の前記断面（２７）は厳密に３又は４つの放射状部分（２８）を有する、請求項１０又は請求項１１に記載の方法。
13. 前記ファンネル（４）の前記開口部（２６）の前記断面（２７）はクローバーの葉の形状である、請求項１１又は請求項１２に記載の方法。
14. 前記クランプカラー（１５）は、前記パイプ（５）に面する側に軸支持面（２１）を有し、
    前記対向クランプカラー（１７）は、前記ファンネル（４）に面する側に、前記軸支持面（２１）が支持される軸ストップ面（２２）を有し、
    前記パイプ（５）の前記端部（１６）は、前記対向クランプカラー（１７）と前記軸ストップ面（２２）とを備える領域が、鋳造又は旋削加工により形成される、請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 内燃機関のための排気システムであり、少なくとも１つの排気ガス処理装置（２）を備え、前記排気ガス処理装置（２）のハウジング（３）はファンネル（４）によってパイプ（５）と接続され、前記接続は請求項１〜９のいずれかに記載される配置（６）によって構成される、排気システム。