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Flanschplatte
Die Erfindung bezieht sich auf eine Flanschplatte für einen Krümmer einer Abgasanlage für Verbrennungskraftmaschinen, die über mindestens ein Haltemittel an einem Abgasauslassstutzen der Verbrennungskraftmaschine festsetzbar ist, mit einer als Montageschicht ausgebildeten ersten Außenschicht, die zumindest teilweise mittel- oder unmittelbar über eine Dichtung an den Abgasauslassstutzen anlegbar ist, mit einer als Halteschicht ausgebildeten zweiten Außenschicht an das Haltemittel anbringbar ist zum Generieren einer rechtwinklig zur Montageschicht bzw. gegen den Abgasauslassstutzen wirkenden Haltekraft F zum dichtenden Anlegen der Montageschicht gegen den Abgasauslassstutzen, mit mindestens einer ersten Zwischenschicht, die mit Bezug zur Haltekraft F zwischen der Montageschicht und der Halteschicht angeordnet ist .
Es ist bereits aus der DE 37 17 989 AI eine mehrlagige Flanschplatte für Kfz-Krümmerrohre bekannt, die gebildet ist aus einer ersten Schicht, einer zweiten Schicht und mehreren Zwischenschichten. Die Zwischenschichten bestehen aus Gittermaterial oder aus Lochblech. Alternativ sind Blechplatten vorgesehen, die zwecks Reduktion des Gewichts der Flanschplatte Aussparungen in nicht belasteten Bereichen aufweisen.
Aus der DE 28 53 722 AI ist bereits ein Flansch, gebildet aus zwei Flanschringen, bekannt, wobei im Zwischenraum zwischen den beiden Flanschringen ein Rohrstück vorgesehen ist, dessen Länge der größten Höhe zwischen den Ringen entspricht. Ferner ist es vorgesehen, den Zwischenraum zwi-
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sehen beiden Flanschringen mit einem Kunststoff auszuschäu- men .
Aus der DE 103 37 156 AI ist bereits ein Abgasrohr bekannt, das eine innenliegende metallische, poröse Auskleidung aufweist .
Mit der „gegen den Abgasauslassstutzen wirkenden Haltekraft F" ist eine Haltekraft F gemeint, die zumindest einen Kraftanteil generiert, der in eine Richtung normal zu einer Dichtfläche des Abgasauslassstutzens verläuft.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flanschplatte derart auszubilden und anzuordnen, dass eine verbesserte Wärmeleiteigenschaft und ein geringeres Gewicht gewährleistet werden.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass die erste Zwischenschicht als Hohlraumstruktur ausgebildet ist, wobei die Hohlraumstruktur ein- oder mehrteilige, in eine Richtung parallel zur Montageschicht verlaufende und benachbart zueinander angeordnete Wandteile mit einer Breite bl aufweist, gemessen in eine Richtung parallel zur Montageschicht, und mit einer Höhe hl, gemessen in eine Richtung rechtwinklig zur Montageschicht, mit hl > bl, wobei die verschiedenen Wandteile mehrere zur Montageschicht oder zur Halteschicht hin offene Hohlräume begrenzen oder zusammen mit der Montageschicht und der Halteschicht einen endseitig offenen Kanal begrenzen oder die erste Zwischenschicht aus Metallschaum gebildet ist.
Durch Anwendung einer Hohlraumstruktur kann eine maßgebli- che Gewichtseinsparung bewerkstelligt werden. Zudem ist es
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aufgrund des mehrlagigen Aufbaus möglich, insbesondere vor dem Hintergrund der Anwendung von Hohlraumstrukturen einerseits sowie Metall- und/oder Keramikschaum andererseits, einen neuartigen Materialmix vorzusehen. Insbesondere die Anwendung von Blech und Keramik- bzw. Metallschaum gewährleistet insgesamt trotz erheblicher Gewichtsreduzierung die maßgeblichen Festigkeiten und die notwendigen Anlagekräfte zwecks Dichtung einerseits sowie die mechanische Fixierung bzw. Lagerung des Krümmers andererseits. Bei Metall- und/oder Keramikschaum kommen offenporige und/oder geschlossenporige Schäume in Betracht, die die erforderliche Festigkeit aufweisen, sodass die notwendige Haltekraft F für den Flansch zur dichtenden Anlage gegen den Abgasauslassstutzen gewährleistet ist.
Gelöst wird die Aufgabe auch durch ein System bestehend aus einem Krümmer oder einer Abgasanlage für Verbrennungskraftmaschinen mit einer vorstehend genannten Flanschplatte.
Vorteilhaft kann es auch sein, wenn eine weitere Zwischenschicht vorgesehen ist, die als Hohlraumstruktur ausgebildet ist und die eine ein- oder mehrteilige, in eine Richtung parallel zur Montageschicht verlaufende Wand aufweist.
Die Anwendung einer zweiten Zwischenschicht gewährleistet zum einen einen weiteren Materialwechsel hinsichtlich des Aufbaus der ersten Zwischenschicht und der weiteren Zwischenschicht. Dies kann damit begründet sein, dass die weiter außen liegende weitere Zwischenschicht thermisch weniger belastet ist, mithin auch eine andere Materialauswahl erfolgen kann. Grundsätzlich kann auch bei gleicher Materialauswahl eine andere Architektur, insbesondere betreffend den Aufbau der Hohlraumstruktur als solches angewandt werden. Dies gilt insbesondere für die Geometrie der die Hohl-
raumstruktur aufspannenden Wand bzw. Wände, d. h. also deren Verhältnis von Höhe zu Breite.
Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn die weitere Zwischenschicht aus Metallschaum gebildet ist.
Grundsätzlich ist auch der Einsatz verschiedener Metallschäume für die verschiedenen Schichten vorgesehen. Ein entsprechender Aufbau kann, wie vorstehend schon ausgeführt, zum Beispiel in Abhängigkeit von der thermischen Belastung der jeweiligen Zwischenschicht erfolgen.
Dabei kann es vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass zwischen der ersten Zwischenschicht und der weiteren Zwischenschicht eine Trennschicht vorgesehen ist, wobei die Trennschicht aus Blech oder aus Keramik gebildet ist.
Die Trennschicht gewährleistet eine vollständige bzw. voll¬ flächige Übertragung der anstehenden Haltekräfte zwecks gleichmäßiger Kraftverteilung auf jeweils beide Schichten. Der Zwischenschicht kommt mithin auch eine Trägerfunktion zu, sodass die von der einen Schicht aufgenommenen Kräfte über die Zwischenschicht auf die weitere oder benachbarte Zwischenschicht abgeleitet werden können.
Von besonderer Bedeutung kann für die vorliegende Erfindung sein, wenn für das Verhältnis von hl zu bl Folgendes gilt: hl > xbl, mit 1,5 < X < fmax, mit fmax < 20, fmax < 100, fmax < 500, fmax < 1000 oder fmax < 2000.
Das Verhältnis von hl zu bl wird maßgeblich bestimmt durch die anzuwendende Haltekraft einerseits sowie die Dichte bzw. den Abstand zwischen den einzelnen Wandelementen der Hohlraumstruktur andererseits. Als weiterer Parameter ist die Temperaturverteilung zu nennen, ausgehend von der rela-
tiv heißen Montageschicht bis hin zur relativ kühlen Halteschicht .
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung kann es von Vorteil sein, wenn eine Wand eine Höhe h4 und eine Breite b4 aufweist, wobei für das Verhältnis von der Höhe h4 zu der Breite b4 Folgendes gilt: h4 ^ xb4, mit 1,5 < X < fmax, mit fmax < 20, fmax < 100, fmax < 500, fmax < 1000 oder fmax < 2000.
Entsprechendes gilt auch für den Aufbau der Hohlraumstruktur der weiteren Zwischenschicht. Ungeachtet des vorstehenden Verhältnisses ist es sicherlich auch maßgeblich, wie dicht die verschiedenen Wandabschnitte zueinander angeordnet sind, da hierdurch maßgeblich der zulässige wandspezifische Montagedruck bestimmt wird. Für benachbarte bzw. parallel angeordnete Wandabschnitte wird vorzugsweise ein Abstand vorgesehen, der nicht größer ist als ein Drittel der Flanschbreite .
Von Vorteil kann für die vorliegende Erfindung sein, wenn die Höhe h4 der weiteren Zwischenschicht größer ist als die Höhe hl der ersten Zwischenschicht oder wenn das Verhältnis von hl zu bl der ersten Zwischenschicht kleiner ist als das Verhältnis von h4 zu b4 der weiteren Zwischenschicht.
Wie vorstehend schon ausgeführt ist es auf Grundlage insbesondere des anzuwendenden Temperaturniveaus für die jeweilige Zwischenschicht möglich, die Zwischenschichten der Architektur dem Aufbau nach unterschiedlich zu gestalten. Aufgrund der angesprochenen Temperaturbelastung ist ebenfalls ein unterschiedlicher Aufbau hinsichtlich der angewandten Materialien möglich. Für die weiter außen liegende Zwischenschicht kann aufgrund geringerer Temperaturbelas-
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tung ein insgesamt etwas schwächerer oder weniger belastbarer Aufbau gewählt werden, weil dieser aufgrund verringerter Temperaturbelastung eine geringere Festigkeit benötigt.
Vorteilhaft kann es sein, eine oder mehrere Zwischenschichten aus Metallschaum mit einer oder mehreren Zwischenschichten mit Hohlraumstruktur zu kombinieren. Die Zwischenschichten können mit einer Trennschicht aus Blech oder aus Keramik separiert werden.
Letzteres beinhaltet selbstverständlich auch die Kombination von Hohlraumstrukturen mit Metallschaumstrukturen . Die Zwischenschichten sind betreffend ihre physikalischen Eigenschaften entsprechend in einer mehrlagigen Flanschplatte anzuordnen und vorzugsweise über entsprechende Trennschichten voneinander zu trennen. Insgesamt kann sich ein vielfältiger Materialmix ergeben, der den gewünschten Anforderungen an die Stabilität einerseits sowie an das Gewicht andererseits nachkommt.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigt:
Figur la eine Querschnittdarstellung gemäß Schnittansicht
B-B aus Figur lb einer Flanschplatte mit Hohlraumstruktur ;
Figur lb eine Draufsicht gemäß Schnittansicht A-A aus Figur la;
Figur 2 eine Draufsicht gemäß Figur lb für ein alternatives Ausführungsbeispiel der Hohlraumstruktur;
Figur 3 eine Schnittdarstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels mit zwei Zwischenschichten;
Figur 4 eine perspektivische Ansicht betreffend ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Hohlraumstruktur;
Figur 5 eine Prinzipskizze einer Brennkraftmaschine mit
Abgasanlage, Krümmer und Flanschplatte.
In Figur la ist in der Schnittansicht B-B nach Figur lb eine Flanschplatte 1 gezeigt. Sie ist gebildet aus einer als erste Außenschicht ausgebildeten Montageschicht 1.1, einer als zweite Außenschicht ausgebildeten Halteschicht 1.2 sowie einer dazwischen liegenden bzw. angeordneten ersten Zwischenschicht 1.3. Über die Montageschicht 1.1 ist die Flanschplatte 1 gegen beispielsweise einen Zylinderkopf 2.4 einer Verbrennungskraftmaschine 2 anlegbar, letzteres in der Regel unter Anwendung einer Dichtung 3 zwischen der Flanschplatte 1 und dem Zylinderkopf 2.4.
Die erste Zwischenschicht 1.3 weist gemäß Figur lb eine wa- benförmige Hohlraumstruktur auf, die im Wesentlichen aus einer ein- oder mehrteiligen Wand 1.4 gebildet ist, die als Wabenstruktur mit mehreren sechskantförmigen Hohlräumen 1.5 ausgebildet ist. Die Hohlräume 1.5 werden über den Umfang durch verschiedene Wandteile 1.4a, 1.4b begrenzt. Vorder- und Rückseite des jeweiligen Hohlraumes 1.5 sind durch vorgenannte Montageschicht 1.1 und Halteschicht 1.2 begrenzt. Besagte Wand 1.4 weist eine Höhe hl und eine Breite bl gemäß Detaildarstellung aus Figur lb auf. Das hier dargestellte Verhältnis zwischen hl und bl beträgt etwa 20.
Die gemäß Figur lb am Rand der Montageschicht 1.1 platzierten Hohlräume 1.5', die nicht vollständig sechskantförmig sind, werden weder durch Wandteile 1.4a, 1.4b der Wand 1.4
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noch durch die Montageschicht 1.1 oder die Halteschicht 1.2 begrenzt. Diese sind, sofern kein separater Rahmen vorgesehen ist, zur Seite hin offen.
Nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 ist eine spiral- bzw. schneckenförmige Wand 1.4 vorgesehen. Die Wand 1.4 begrenzt zusammen mit der Montageschicht 1.1 und der Halteschicht 1.2 einen schneckenförmigen, als Kanal ausgebildeten Hohlraum 1.5. Bei dieser Hohlraumstruktur begrenzen die jeweiligen Wandteile 1.4a, 1.4b der Wand 1.4 zusammen mit der Montageschicht 1.1 und der Halteschicht 1.2 einen schneckenförmigen Kanal 1.5, der endseitig offen ist.
Nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 ist ergänzend zu der ersten Zwischenschicht 1.3 eine weitere Zwischenschicht 4 vorgesehen. Während die erste Zwischenschicht 1.3 eine Höhe hl aufweist, weist die weitere Zwischenschicht 4 eine Höhe h4 auf, die größer ist als die Höhe hl. In der linken Bildhälfte nach Figur 3 handelt es sich um eine Hohlraumstruktur, wie auch bereits in den Figuren la, lb, 2 und 4 dargestellt. Nach der rechten Bildhälfte gemäß Figur 3 handelt es sich bei den Zwischenschichten 1.3, 4 um Metallschaum, der eine andere Struktur ohne Wandteile aufweist. Im weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel können die Höhe hl und die Höhe h4 auch gleich groß ausgebildet sein oder die Höhe hl größer sein als die Höhe h4.
Die Ausprägung der jeweiligen Wand 1.4 bzw. Wand 4.1 der weiteren Zwischenschicht 4 bzw. der Metallschaumschicht 1.3, 4 wird nach der jeweiligen Anforderung an eine Haltekraft F ausgerichtet. Dies gilt im Falle der Hohlraumstrukturen nach der linken Bildhälfte nicht nur für das Verhältnis der jeweiligen Höhe h4 zu einer Breite b4 bzw.
Höhe hl zu der Breite bl, sondern auch für die verwendeten Wandmaterialien, sei es Blech oder auch Keramik.
Alternativ hierzu ist in Figur 4 ein wellenförmiges Wandmuster einer weiteren Zwischenschicht 4 mit einer Höhe h4 und einer Breite b4 dargestellt, durch das entsprechend geformte Hohlraumstrukturen gebildet werden.
Nach Figur 5 ist die Prinzipskizze eines Systems bestehend aus Verbrennungs kraftmaschine 2 mit Zylinderkopf bzw. Abgasauslassstutzen 2.4 mit einer daran befestigten Abgasanlage 2.1 mit einem Krümmer 2.2 dargestellt. Der Krümmer 2.2 ist über mehrere als Halteschraube ausgebildete Haltemittel 2.3 mittels der Flanschplatte 1 am Zylinderkopf 2.4 befestigt. Zwischen der Flanschplatte 1 und dem Zylinderkopf 2.4 ist eine Dichtung 3 vorgesehen. Die Schraube bzw. die Haltemittel 2.3 sind dabei derart ausgestaltet, dass zumindest eine zumindest teilweise normal zum Zylinderkopf 2.4 bzw. dessen Dichtfläche verlaufende Haltekraft F zwecks Anlage der Flanschplatte 1 gegen den Zylinderkopf 2.4 erzeugt wird. Die Montageschicht 1.1 ist im Bereich der Auslassöffnung nach außen geführt und mit dem Krümmer 2.2 verbunden, sodass die notwendige Dichtigkeit im Bereich zwischen der Montageschicht 1.1 und der Dichtung 3 sowie zwischen der Montageschicht 1.1 und dem Krümmer 2.2 erreicht wird. Die Dichtkraft wird über die Schraube 2.3, die Halteschicht 1.2 und die Zwischenschicht 1.3 erreicht.
Bezugszeichenliste
1 Flanschplatte
1.1 Montageschicht, erste Außenschicht
1.2 Halteschicht, zweite Außenschicht
1.3 erste Zwischenschicht, Metallschaumschicht
1.4 Wand
1.4a Wandteil
1.4b Wandteil
1.5 Hohlraum, Kanal
1.5' Hohlraum
2 Verbrennungskraftmaschine
2.1 Abgasanlage
2.2 Krümmer
2.3 Haltemittel, Schraube
2.4 Abgasauslassstutzen, Zylinderkopf
3 Dichtung
4 weitere Zwischenschicht, Metallschaumschicht 4.1 Wand
5 Trennschicht, Blechplatte, Keramikplatte bl Breite von 1.3
b4 Breite von 4
F Haltekraft
hl Höhe von 1.3
h4 Höhe von 4