DE102008033624A1

DE102008033624A1 - Komponente einer Abgasanlage

Info

Publication number: DE102008033624A1
Application number: DE200810033624
Authority: DE
Inventors: Götz Finkbeiner; Arnulf Spieth
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Exhaust Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2008-07-17
Filing date: 2008-07-17
Publication date: 2010-03-04

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgas führende Komponente (1) einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Wand (2), die einen Abgas führenden Raum (4) der Komponente (1) nach außen begrenzt, sowie eine Isolationsschale (3), die einen Bereich der Wand (2) unter Ausbildung eines Isolationsraums (5) abdeckt.
Die thermische Dauerfestigkeit der Komponente (1) lässt sich mit einem Verbindungsteil (8) verbessern, das bezüglich der Wand (2) und der Isolationsschale (3) ein separates Bauteil ist, das an der Wand (2) befestigt ist und das einen Verbindungsbereich (10) der Isolationsschale (3) übergreift.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgas führende Komponente einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges.
Komponenten oder Bauteile von Abgasanlagen sind im Betrieb der Brennkraftmaschine hohen thermischen Belastungen ausgesetzt. Um die Umgebung der Abgasanlage, zum Beispiel ein Fahrzeugboden sowie einen Motorraum, vor einer Überhitzung zu schützen, kann eine Wand des Bauteils mit einer Isolationsschale versehen sein. Insbesondere kann mit Hilfe einer derartigen Isolationsschale eine Luftspaltisolierung realisiert werden. Da die Wand der Komponente und die Isolationsschale im Betrieb der Abgasanlage unterschiedliche Temperaturen aufweisen können, besteht die Gefahr von thermisch bedingten Spannungsspitzen im Bereich von Verbindungen zwischen der Wand und der Isolationsschale, insbesondere dann, wenn die Wand und die Isolationsschale aus Materialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten bestehen. Ferner soll die Isolationsschale möglichst leicht und möglichst preiswert sein, um Gewicht und Kosten der Komponente niedrig zu halten. Preiswerte Materialien besitzen jedoch häufig reduzierte Qualität, insbesondere reduzierte Festigkeitswerte. Dementsprechend sind beispielsweise Schweißverbindungen zwischen der Isolationsschale und der Wand einer vergleichsweise hohen Beschädigungsgefahr ausgesetzt.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Komponente der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass sie eine vergleichsweise hohe Standzeit aufweist, wobei sie außerdem vergleichsweise preiswert realisierbar sein soll.
Dieses Problem wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zum Festlegen der Isolationsschale an der Wand ein zusätzliches Bauteil, nämlich ein Verbindungsteil zu verwenden, welches die Isolationsschale in einem Verbindungsbereich übergreift und an der Wand befestigt ist. Mit Hilfe des jeweiligen Verbindungsteils wird somit eine indirekte Festlegung der Isolationsschale an der Wand realisiert. Eine direkte Verbindung zwischen Isolationsschale und Wand ist nicht mehr erforderlich. Da die Isolationsschale außerdem mit Hilfe des Verbindungsteils durch Formschluss festgelegt ist, kann auch auf eine unmittelbare Befestigung der Isolationsschale am Verbindungsteil verzichtet werden. Grundsätzlich reicht es aus, wenn das Verbindungsteil am Verbindungsbereich der Isolationsschale, insbesondere vorgespannt, anliegt. Das Verbindungsteil kann dabei nach Art eines Niederhalters wirken.
Da eine direkte Befestigung der Isolationsschale an der Wand nicht mehr erforderlich ist, kann die Isolationsschale hinsichtlich Gewicht, Kosten und dergleichen optimiert werden. Die mit Hilfe des jeweiligen Verbindungsteils realisierte Festlegung der Isolationsschale an der Wand schließt Relativbewegungen zwischen der Isolationsschale und der Wand nicht aus. Folglich ist die Gefahr thermisch bedingter Spannungen im Bereich des Verbindungsteils erheblich reduziert. Die Lebensdauer der so hergestellten Komponente kann dadurch gesteigert werden.
Der vom Verbindungsteil übergriffene Verbindungsbereich der Isolationsschale kann bei einer vorteilhaften Ausführungsform von der Wand beabstandet angeordnet sein. Bei einer derartigen Bauweise besteht im Bereich der Anbindung zwischen Isolationsschale und Wand keine direkte Kontaktierung zwischen Isolationsschale und Wand. Dies reduziert den direkten Wärmeübergang zwischen Wand und Isolationsschale.
Bei einer anderen Ausführungsform kann die Isolationsschale zumindest im jeweiligen Verbindungsbereich an der Wand anliegen. Insbesondere kann dadurch der Verbindungsbereich zwischen der Wand und dem Verbindungsteil eingeklemmt werden. Dies kann zu einer vereinfachten Montage führen.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
1: einen Längsschnitt durch eine Komponente einer Abgasanlage im Bereich einer Verbindungsstelle zwischen einer Isolationsschale und einer Wand,
2: eine Ansicht wie in 1, jedoch bei einer anderen Ausführungsform,
3: eine Draufsicht der Komponente.
Entsprechend den 1 und 2 besitzt eine Abgas führende Komponente 1 einer im Übrigen nicht dargestellten Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, die insbesondere in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein kann, eine Wand 2 sowie eine Isolationsschale 3. Die Wand 2 dient zur Begrenzung eines Abgas führenden Raums 4 der Komponente 1. Die Wand 2 begrenzt diesen Raum 4 dabei nach außen, um eine Emission von Abgas in die Umgebung der Komponente 1 beziehungsweise der Abgasanlage zu vermeiden. Die Isolationsschale 3 deckt zumindest einen Bereich der Wand 2 ab. Insbesondere kann die Isolationsschale 3 die Wand 2 im Wesentlichen vollständig abdecken. Zwischen der Wand 2 und der Isolationsschale 3 ist dabei ein Isolationsraum 5 ausgebildet. Dieser kann gemäß 1 mit einem geeigneten Isolationsmaterial 6 befüllt sein. Ebenso kann der Isolationsraum 5 gemäß 2 unbefüllt sein, beispielsweise um eine Spaltsicherung bzw. Luftspaltisolierung zwischen Wand 2 und Isolationsschale 3 zu realisieren. Die Isolationsschale 3 ist in den gezeigten Beispielen an einer vom Abgas führenden Raum 4 abgewandten Seite der Wand 2 angeordnet, also an einer Außenseite der Wand 2. Durch diese Bauweise kann eine Beeinflussung der Abgasströmung im Raum 4 durch die Isolationsschale 3 vermieden werden. Grundsätzlich sind jedoch auch Ausführungsformen möglich, bei denen die Isolationsschale 3 nicht außen, sondern innen, also an einer dem Raum 4 zugewandten Innenseite der Wand 2 angeordnet ist. Beispielsweise kann die Isolationsschale 3 bei einem Abgaskrümmer an der Innenseite der Wand 2 angeordnet sein, während sie zum Beispiel bei einem Gehäuse einer Abgasbehandlungseinrichtung oder bei einem Rohr, wie es zum Beispiel in 3 dargestellt ist, an der Außenseite der Wand 2 angeordnet sein kann.
Entsprechend den 1 bis 3 ist die Isolationsschale 3 mit Hilfe wenigstens einer Verbindungsstelle 7 an der Wand 2 befestigt. Es ist klar, dass die Isolationsschale 3 auch mit mehreren derartigen Verbindungsstellen 7 an der Wand 2 befestigt sein kann. Zur Realisierung einer derartigen Verbindungsstelle 7 ist zusätzlich zur Wand 2 und zur Isolationsschale 3 ein Verbindungsteil 8 vorgesehen. Das jeweilige Verbindungssteil 8 bildet somit bezüglich der Wand 2 und der Isolationsschale 3 ein separates Bauteil, das sich insbesondere hinsichtlich Materialauswahl, Materialstärke und Herstellungsverfahren von der Wand 2 und/oder von der Isolationsschale 3 unterscheiden kann. Das Verbindungsteil 8 ist an der Wand 2 befestigt, vorzugsweise mittels einer Schweißverbindung 9. Andere geeignete Befestigungsmethoden, wie Nieten oder Löten, sind grundsätzlich auch möglich. Des weiteren ist das Verbindungsteil 8 so ausgestaltet, dass es einen Verbindungsbereich 10 der Isolationsschale 3 an einer von der Wand 2 abgewandten Seite übergreift, und zwar derart, dass dadurch die Festlegung der Isolationsschale 3 an der Wand 2 erfolgt. Die Isolationsschale 3 ist somit nicht direkt an der Wand 2 befestigt. Vielmehr ist die Isolationsschale 3 über das Verbindungsteil 8 indirekt an der Wand 2 befestigt. Bevorzugt liegt dabei das Verbindungsteil 8 auf dem Verbindungsbereich 10 auf, ohne dass eine zusätzliche Befestigung zwischen Verbindungsteil 8 und Isolationsschale 3 vorgesehen ist. Dabei kann das Verbindungsteil 8 unter Vorspannung an der Isolationsschale 3 anliegen, um die Isolationsschale 3 in Richtung Wand 2 vorzuspannen. Bei vorgespannte Anlage zwischen Verbindungsteil 8 und Isolationsschale 3 wirkt eine Klemmkraft, welche die Isolationsschale 3 an der Wand 2 festlegt. Besonders vorteilhaft ist nun eine Ausführungsform, bei welcher das Verbindungsteil 8 die Isolationsschale 3, insbesondere ausschließlich, durch Klemmkräfte an der Wand 2 festlegt. Hierdurch sind insbesondere Relativbewegungen der Isolationsschale 3 gegenüber dem Verbindungssteil 8 sowie gegenüber der Wand 2 möglich. Derartige Relativbewegungen können beispielsweise aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten und/oder aufgrund unterschiedlichen Temperaturen entstehen.
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist der Verbindungsbereich 10 in der Isolationsschale 3 von der Wand 2 beabstandet angeordnet. Eine direkte Kontaktierung zwischen der Wand 2 und der Isolationsschale 3 wird somit auch im Bereich der Verbindungsstelle 7 vermieden. Im Unterschied dazu zeigt 2 eine Ausführungsform, bei welcher die Isolationsschale 3 zumindest im Bereich der Verbindungsstelle 7, also insbesondere im Verbindungsbereich 10 an der Wand 2 anliegt. Bei dieser Bauform kann der Verbindungsbereich 10 direkt zwischen dem Verbindungsteil 8 und der Wand 2 eingeklemmt werden. Diese Bauweise kann gegenüber in 1 gezeigten Ausführungsform eine erhöhte Fixierungswirkung zwischen Isolationsschale 3 und Wand 2 realisieren. Durch die Klemmverbindung, mit welcher das Verbindungsteil 8 die Isolationsschale 3 an der Wand 2 fixiert, wirken zusätzlich zum Formschluss auch ein Kraftschluss beziehungsweise Reibschluss.
Bei den gezeigten Ausführungsformen ist das jeweilige Verbindungsteil 8 bezüglich einer Symmetrieachse 11, die auf der Wand 2 senkrecht steht, rotationssymmetrisch ausgestaltet. Hierdurch vereinfacht sich die Montage des Verbindungsteils 8. Zum Anbringen des Verbindungsteils 8 weist die Isolationsschale 3 im Bereich der Verbindungsstelle 7 eine Öffnung 12 auf. Der Verbindungsbereich 10 bildet einen die Öffnung 12 einfassenden Öffnungsrand. Das Verbindungsteil 8 durchsetzt nun diese Öffnung 12, um einerseits die Befestigung an der Wand 2 und andererseits das Übergreifen des Verbindungsbereichs 10 zu ermöglichen.
Bei den gezeigten Ausführungsformen ist das jeweilige Verbindungsteil 8 mit einer zentralen Öffnung 13 ausgestattet. Das Verbindungsteil 8 weist einen diese Öffnung 13 begrenzenden Innenrand 14 auf sowie einen von der Öffnung 13 ab gewandten Außenrand 15 auf. Mit dem Innenrand 14 ist das Verbindungsteil 8 über die Schweißverbindung 9 an der Wand 2 befestigt. Im Unterschied dazu übergreift der Außenrand 15 den Verbindungsbereich 10. Das Anbringen der Schweißverbindung 9 kann bei Vorhandensein der zentralen Öffnung 13 vereinfacht werden. Grundsätzlich ist es auch möglich, das Verbindungsteil 8 ohne derartige zentrale Öffnung 13, also geschlossen auszugestalten. Die Schweißverbindung 9 könnte dann beispielsweise durch eine Heftschweißung oder Punktschweißung realisiert werden, die dann durch einen anstelle der Öffnung 13 vorhandenen Boden des Verbindungsteils 8 hindurch geführt wäre.
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist das Verbindungsteil 8 insgesamt hülsenförmig ausgestaltet. Sofern anstelle der Zentralöffnung 13 ein Boden vorhanden ist, ist das Verbindungsteil 8 topfförmig ausgestaltet. Im Unterschied dazu ist das in 2 gezeigte Verbindungsteil 8 ringscheibenförmig ausgestaltet. Bei durch einen Boden ersetzter Zentralöffnung 13 ist das Verbindungsteil 8 tellerförmig ausgestaltet.
Die Isolationsschale 3 besitzt bei den hier gezeigten Ausführungsformen eine Wandstärke 16, die kleiner ist als eine Wandstärke 18 der Wand 2. Außerdem ist hier die Wandstärke 16 der Isolationsschale 3 kleiner als eine Wandstärke 17 des Verbindungsteils 8. Die Wandstärke 17 des Verbindungsteils 8 ist hier außerdem kleiner als die Wandstärke 18 der Wand 2. Beispielsweise ist die Wandstärke 16 der Isolationsschale 3 halb so groß wie die Wandstärke 17 des Verbindungsteils 8. Die Wandstärke 16 der Isolationsschale 3 beträgt vorzugsweise zwischen 10% und 30% der Wandstärke 18 der Wand 2.
Des weiteren können die Materialien, aus denen die Isolationsschale 3 und die Wand 2 und insbesondere das Verbindungsteil 8 hergestellt sind, so gewählt werden, dass die Isolationsschale 3 einen anderen thermischen Ausdehnungs koeffizienten aufweist als die Wand 2 und/oder als das Verbindungsteil 8. Insbesondere können das Verbindungsteil 8 und die Wand 2 im Wesentlichen den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Da die Isolationsschale 3 durch die vorgeschlagene Verbindungstechnik nur vergleichsweise geringen Belastungen ausgesetzt ist, kann auch die Güte beziehungsweise Qualität des Materials, aus dem die Isolationsschale 3 hergestellt ist, vergleichsweise niedrig gewählt werden. Insbesondere besteht die Isolationsschale 3 aus einem Material geringerer Güte und/oder Qualität als das Material aus dem die Wand 2 hergestellt ist.
Entsprechend 3 kann die Komponente 1 beispielsweise ein Abgas führendes Rohr einer im Übrigen nicht gezeigten Abgasanlage sein. Das Rohr beziehungsweise die Komponente 1 ist im Wesentlichen vollständig mit der Isolationsschale 3 umhüllt. Zweckmäßig ist an der dem Betrachter zugewandten Seite nur eine einzige Verbindungsstelle 7 vorgesehen, die zweckmäßig mittig bezüglich der größten Dimension der Komponente 1 angeordnet ist. Hierdurch wird zwischen Wand 2 und der Isolationsschale 3 mit Hilfe der Verbindungsstelle 7 ein Festlager geschaffen, von dem aus die Isolationsschale 3 und die Wand 2 thermisch bedingte Relativbewegungen ausführen können. Eine weitere Verbindungsstelle 7 kann beispielsweise diametral gegenüberliegend an der vom Betrachter abgewandten Seite vorgesehen sein.
Ebenso kann es sich bei der Komponente 1 auch um einen, insbesondere luftspaltisolierten, Abgaskrümmer handeln. Auch kann die Komponente 1 ein Gehäuse einer Abgasbehandlungseinrichtung bilden, wie zum Beispiel eines Katalysators oder eines Partikelfilters oder eines Schalldämpfers oder aus einer beliebigen Kombination der genannten Elemente.

Claims

Abgas führende Komponente einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, – mit einer Wand (2), die einen Abgas führenden Raum (4) der Komponente (1) nach außen begrenzt, – mit einer Isolationsschale (3), die zumindest einen Bereich der Wand (2) unter Ausbildung wenigstens eines zwischen der Wand (2) und der Isolationsschale (3) angeordneten Isolationsraums (5) abdeckt, – mit wenigstens einem Verbindungsteil (8), das es bezüglich der Wand (2) und der Isolationsschale (3) ein separates Bauteil ist, das an der Wand (2) befestigt ist und das einen Verbindungsbereich (10) der Isolationsschale (3) zum Festlegen der Isolationsschale (3) an der Wand (2) an einer von der Wand (2) abgewandten Seite übergreift.
Komponente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich (10) von der Wand (2) beabstandet angeordnet ist.
Komponente nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschale (3) zumindest im jeweiligen Verbindungsbereich (10) an der Wand (2) anliegt.
Komponente nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Verbindungsteil (8) die Isolationsschale (3) durch Klemmkräfte an der Wand (2) festlegt.
Komponente nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Verbindungsteil (8) bezüglich einer senkrecht auf der Wand (2) stehenden Symmetrieachse (11) rotationssymmetrisch ausgestaltet ist.
Komponente nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Verbindungsteil (8) mittels einer Schweißverbindung (9) an der Wand (2) befestigt ist.
Komponente nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Verbindungsteil (8) eine zentrale Öffnung (13) aufweist, wobei ein die Öffnung (13) begrenzender Innenrand (14) des Verbindungsteils (8) an der Wand (2) befestigt ist, während ein von der Öffnung (13) abgewandter Außenrand (15) des Verbindungsteils (8) den Verbindungsbereich (10) der Isolationsschale (3) übergreift.
Komponente nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationsraum (5) unbefüllt ist oder mit einem Isolationsmaterial (6) befällt ist.
Komponente nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschale (3) eine gegenüber der Wand (2) und/oder gegenüber dem jeweiligen Verbindungsteil (8) reduzierte Wandstärke (16) aufweist.
Komponente nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschale (3) aus einem Material besteht, das einen anderen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist als das Material, aus dem die Wand (2) und/oder das jeweilige Verbindungsteil (8) besteht/bestehen.
Komponente nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschale (3) außen, also an einer vom Abgas führenden Raum (4) abgewandten Seite der Wand (2) angeordnet ist.
Komponente nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (1) ein Abgaskrümmer oder ein Gehäuse einer Abgasbehandlungseinrichtung oder ein Rohr ist.