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Die Erfindung betrifft eine Flanschverbindung eines Turboladers mit einer Auspuffanlage.
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Im Abgasstrang von modernen Verbrennungsmotoren sind vielfach ein Abgasturbolader und eine diesem nachgeschaltete Auspuffanlage vorgesehen. Dabei wird der Eingang der Auspuffanlage meist durch einen Katalysator (bei Benzinmotoren) oder einen Konverter eines Partikelfilters (bei Dieselmotoren) gebildet. Diese Elemente müssen bei der Montage des Fahrzeugs miteinander verbunden werden.
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Derartige Verbindungen erfolgen oftmals mittels einer Flanschverbindung, mittels welcher zwei Flansche, von denen einer an dem Turbolader und einer am Eingang der Auspuffanlage vorgesehen ist, miteinander verschraubt werden. Dazu sind in den Flanschen jeweils mehrere Bohrungen vorgesehen, durch welche Schrauben bzw. Stehbolzen mit Gewinde führbar sind, auf die zur Fixierungen Muttern aufschraubbar sind.
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Die Montage dieser Schraubverbindungen ist aufwendig, da alle, beispielsweise drei, Schraubverbindungen manuell einzeln herzustellen sind. Ferner ist der Einbauort einer derartigen Flanschverbindung oftmals schwer oder nur teilweise erreichbar. Dies bedeutet einen großen erforderlichen Bauraum mit ebenso zum Teil erheblichen Aussparungen der umliegenden Teile.
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Demgegenüber ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Flanschverbindung eines Turboladers und einer Auspuffanlage anzugeben, welche einfach zu montieren ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Flanschverbindung eines Turboladers und einer Auspuffanlage gelöst, wobei ein Spannbügel vorgesehen ist, welcher über an dem Turbolader und an der Auspuffanlage vorgesehene Flansche greift und diese mittels wenigstens einer Schraube miteinander verspannt, welche mittels eines in dem Spannbügel vorgesehenen Schraubgewindes Druck auf ein Druckstück ausübt, welches seinerseits gegen die Ränder der Flansche Druck ausübt.
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Bei dieser erfindungsgemäßen Flanschverbindung werden die Flansche von Turbolader und Eingang der Auspuffanlage nicht mehr unmittelbar miteinander verschraubt, sondern die Flansche werden mittels eines Spannbügels gegeneinander fixiert und mittels einer Schraubverspannung zusätzlich fixiert und gegeneinander verspannt.
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Die neue Flanschverbindung ist optimiert für sehr enge Platzverhältnisse mit kleinem Bauraum und schwierigen Montagebedingungen. Die Teile im Umfeld der Flanschverbindung können einfacher gestaltet werden, ebenso die Montage-Werkzeuge. Eine einzige optimal zugängliche Schraube senkrecht auf der Flanschverbindung sorgt für eine bessere Montage. Hierbei muss kein Freiraum mehr beim Katalysator bzw. dem Konverter für den Dieselpartikelfilter ausgespart werden. Die Teile sind dadurch unkomplizierter und haben eine bessere Anströmung des Monolithen des Katalysators beim Benzinmotor bzw. des Dieselpartikelfilters beim Dieselmotor. Dadurch ergibt sich eine höhere Gesamtleistung des Motors bei geringeren Schadstoffemissionen. Es werden Kostenersparnisse nicht nur bei der Flanschverbindung, sondern auch bei den umliegenden Teilen erzielt, ebenso für die Werkzeuge und Herstellung. Es wird weniger Material benötigt bei geringerem Gewicht. Ferner werden weniger Teile benötigt. Im Motor bzw. Fahrzeugraum wird Bauraum gewonnen und das Fahrzeug kann kompakter im Motorraum gestaltet werden.
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Beispielsweise gegenüber V-Bandschellen ist kein Verformen bzw, Aufbiegen eines teils der Flanschverbindung erforderlich, so dass die Bauelemente der erfindungsgemässen Flanschverbindung ggf. sogar mehrfach einsetzbar sind. Darüberhinaus müssen nicht, wie bei bekannten V-Bnadschellen, spezielle Schrauben eingesetzt werden; hingegen können bei der erfindungsgemässen Flanschverbindung bauübliche Schrauben zum Verspannen eingesetzt werden.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schraube etwa mittig in dem Spannbügel vorgesehen ist und etwa senkrecht auf den Verbindungsbereich der Flansche gerichtet ist. Die Schraube zeigt also mittig und senkrecht auf die zu verbindenden Flansche und ist so gut erreichbar und montierbar.
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Zur weiter gesteigerten Fixierung sowohl der Schaubverspannung als auch der Flansche zueinander ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Druckstück eine v-förmige Auflagefläche mit Innenkontur aufweist, welche gegen eine v-förmige Außenkontur der Ränder der Flansche drückt. Damit wird die Postion des Druckstücks gesichert. Zusätzlich werden mittels der entgegengesetzten Außenkontur der Flansche diese gegeneinander gedrückt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Spannbügel eine Kontur auf. Ferner weisen die Flansche eine spiegelsymmetrische Gegenkontur auf. Somit sind die Montagepostionen von Turbolader und Auspuffanlage zueinander wie auch von Spannbügel einerseits und den beiden Flanschen andererseits noch besser definiert.
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Dieser Vorteil sowie eine weiter verbesserte Fixierung der Schraubverspannung werden durch eine weitere Ausgestaltung der Erfindung erzielt, gemäß der der Spannbügel eine im wesentliche runde Kontur mit zwei Abplattungen aufweist und die Flansche eine spiegelsymmetrische Gegenkontur mit entsprechenden Abplattungen aufweisen.
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Diese Fixierung kann weiter dadurch verbessert werden, dass, wie gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen ist, die Schraubverspannung an dem Spannbügel etwa den Abplattungen gegenüberliegend angeordnet ist. Dadurch übt die Schraubverspannung Druck auf die Bereiche mit den Abplattungen auf, so dass sich diese nicht gegeneinander verdrehen können.
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Dazu sind die Abplattungen, wie gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen ist, vorteilhafterweise an dem Umfang des Spannbügels und der Flansche in einem Winkel von 90 Grad zueinander angeordnet.
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Der Spannbügel selbst kann zur einfacheren Fertigung seines Profils aus mehreren, vorzugsweise zwei, Halbschalen aufgebaut sein.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist dazu vorgesehen, dass der Spannbügel aus zwei um deren Umfang miteinander verschweißten oder verbördelten Halbschalen aufgebaut ist. Beide Teile des Spannbügels umfassen also jeweils den vollen Umfang der Flansche, bilden jedoch jeweils nur eine (Längs-)Hälfte des Spannbügels. Sie sind miteinander verschweißt oder verbördelt.
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In einer anderen, gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehenen Variante ist der Spannbügel aus zwei halbrunden Halbschalen aufgebaut, die jeweils etwa den halben Umfang der Flanschverbindung umfassen und über wenigstens einen Steg miteinander verbunden sind. Hier umfassen die beiden Teile des Spannbügels jeweils beide Flansche, jedoch nur etwa auf dem halben Umfang der Flanschverbindung. Auch hier sind selbstverständlich die beiden Teile miteinander verbunden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schraube der Schraubverspannung einen Zapfen aufweist, welcher in eine in dem Druckstück vorgesehene Ausnehmung eingreift. Somit die Schraube gegenüber dem Druckstück zusätzlich gegen Verrutschen gesichert.
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Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
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1 zeigt in Ansicht einen Teil eines Verbrennungsmotors sowie einen Teil dessen Abgasstrangs mit Turbolader und Katalysator,
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2 eine erfindungsgemäße Flanschverbindung in Seitenansicht,
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3 eine erfindungsgemäße Flanschverbindung in Ansicht und im Schnitt,
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4 eine Explosionsansicht einer erfindungsgemäßen Flanschverbindung,
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5 eine Ansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flanschverbindung,
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6 einige Elemente der Flanschverbindung gemäß 5 und
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7 eine Ansicht einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flanschverbindung.
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1 zeigt in Ansicht einen kleinen Teil eines Verbrennungsmotors sowie einen Teil von dessen Abgasstrang. In der Figur ersichtlich sind ein Turbolader 1 sowie ein diesem abgasseitig nachgeschalteter Eingang 2 einer im übrigen nicht dargestellten Auspuffanlage. Der Eingang 2 der Auspuffanlage wird hier durch einen Eingang eines Katalystors 3 (bei Benzinmotoren) gebildet. bei Dieselmotoren würde es sich statt des Katalysators 3 um einen Konverter eines Partikelfilters handeln.
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Sowohl der Turbolader 1 als auch der Katalysator 3 weisen je einen Flansch auf, die mittels einer erfindungsgemäßen Flanschverbindung 4 verbunden sind.
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Diese Flanschverbindung 4 ist in 2 vergrößert dargestellt.
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2 zeigt, dass der Turbolader 1 einen Flansch 6 aufweist. Ferner weist der Katalysator bzw. dessen Eingang 2 einen Flansch 5 auf. Beide Flansche 5 und 6 sind mittels einer erfindungsgemäßen Flanschverbindung 4 miteinander verbunden.
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Die 2 zeigt ferner, dass die Flanschverbindung 4 einen Spannbügel 7 aufweist, welcher um die Enden der Flansche 5 und 6 gespannt ist. Die Spannung wird dabei mittels einer Schraube 8 erzeugt.
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In 2 ist ferner eine in beiden Flanschen 6 und 5 vorgesehene Abplattung 9 bzw. 10 ersichtlich, welche sich in ähnlicher Form auch in dem Spannbügel 7 als Abplattung 11 in der ansonsten runden Kontur wiederfindet. Tatsächlich weist jeder der beiden Flansche 6 und 5 jeweils zwei solche Abplattungen 9 bzw. 10 auf, deren Funktion im Folgenden noch näher erläutert werden wird.
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3 zeigt eine erfindungsgemäße Flanschverbindung von einer aufgeschnittenen Seite her. Es ist der Spannbügel 7 ersichtlich, in dem die Schraube 8 in einem in der Figur nicht ersichtlichen Gewinde geführt ist. Die Schraube 8 übt Druck auf ein Druckstück 12 auf, welches seinerseits auf die beiden Ränder der Flansche 5 und 6 Druck ausübt und diese zusammenhält.
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Dies wird anhand der 4 näher ersichtlich, welche die Elemente einer erfindungsgemäßen Flanschverbindung in einer Art Explosionsdarstellung und teilweise im Schnitt darstellt.
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Die 4 zeigt, dass der Spannbügel 7 der 2 und 3 aus zwei Hälften 14 und 16 aufgebaut ist, welche Ränder 15 und 17 aufweisen, die, wie in den 2 und 3 ersichtlich, miteinander verbunden sind, beispielsweise mittels Verschweißen oder Verbördelung.
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Die 4 zeigt den Flansch 5 des Katalysators 3 der Darstellung gemäß der 1 und 2. Der Flansch 5 weist eine sich nach außen verjüngende Innenkontur 13 auf, welche im verbauten Zustand in eine entsprechende in der Figur nicht ersichtliche Gegen-Innenkontur des in 4 ebenfalls nicht dargestellten Flansches 6 des Turboladers 1 eingreift, so dass die beiden Flansche 6 und 5 miteinander mittels dieser Innenkonturen zentriert werden.
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Wie in 4 ersichtlich, weist der Flansch 5 zwei Abplattungen 10 auf, die an seinem Umfang in einem Winkel von 90 Grad zueinander vorgesehen sind. Auch die beiden Schalenhälften 14 und 16 weisen jeweils zwei Abplattungen 11 auf, die entsprechend geformt und angeordnet sind wie die Abplattungen 10. Es können auch wenigstens vier Abplattungen (11; 8; 10) vorgesehen sein. Die Abplattungen 10 und 11 greifen im verbauten Zustand ineinander und sichern so die beteiligten Teile gegen ein Verdrehen relativ zu einander. Entsprechendes gilt für die Abplattungen 9 des Flansches 6 entsprechend 2, der in 4 nicht dargestellt ist.
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4 zeigt ferner, dass das Druckstück 12 einen v-förmigen Bereich 18 mit Innenkontur aufweist, welcher im verbauten Zustand auf die Flansche 6 und 5 drückt, die in den entsprechenden Bereichen eine gegenläufige v-förmige nach außen ausgeformte Struktur aufweisen, und so die Flansche 6 und 5 und den Spannbügel 7 fixiert und verspannt.
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Die Hälften 14 und 16 des Spannbügels 7 weisen mit Gewinden versehene Aussparungen 19 und 20 auf. Die Schraube 8 weist ein entsprechendes Gewinde auf, das in die Gewinde der Aussparungen 19 und 20 eingreift, so dass die Schraube 8 Druck auf das Druckstück 12 auszuüben vermag, welches seinerseits gegen die Ränder der Flansche 6 und 5 drückt.
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Im folgenden wird der Vorgang der Montage der erfindungsgemäßen Flanschverbindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 näher erläutert.
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Der Spannbügel 7 wird bei der Montage in etwa mittig seiner Öffnung über die Außenkontur der Flansche 5 und 6 geführt. Anschließend wird der Spannbügel 7 bei der Montage zum Monteur hin bewegt, sodass die Halbschalen 14 und 16 des Spannbügels 7 mit ihren Abplattungen 11 an den entsprechend angepassten Abplattungen 10 bzw. 9 des Turboladerflanschs 5 bzw. des Katalysatorflanschs 6 zur Anlage kommen. System-optimiert kann der Winkel zwischen den Abplattungen 10/9 bzw. 11 auch kleiner oder größer als 90° ausfallen. Danach wird mit Hilfe der Schraube 8 das Druckstück 12 mit dessen V-förmigen Anlageflächen 18 an die entsprechend angepassten Gegenflächen mit V-förmiger der Flansche 6 und 5 zur Anlage gebracht und miteinander verspannt. Hierbei wird die Schraube 8 mit ihrem Außengewinde in die Innengewindehälften der Ausnehmungen 19 und 20 verschraubt. Das Gewinde wird nach dem Verbinden Halbschalen 14 und 16 geschnitten. In die Ausnehmungen 19 und 20 kann auch eine Buchse eingelegt und verschweißt werden mit anschließender Gewindebohrung. Gleichzeitig presst durch das Anziehen der Schraube 8 mit ihrer Stirnfläche auf die Gegenfläche des Druckstücks 12, womit der Katalysator oder Konverter 2 mit dem Turbolader 1 verspannt wird. Das Druckstück 18 kann ein zentrales Loch 21 aufweisen, in welches ein Zapfen 22 der Schraube 8 mit einer Spielpassung, einer leichter Presspassung geführt wird, oder unverlierbar mit derselben verbunden ist für eine leichtere Montage.
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Die 5 und 6 zeigen die erfindungsgemäße Flanschverbindung 4, jedoch mit einer zweiten Ausführungsform 23 des Spannbügels.
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Der Spannbügel 23 ist aus zwei halbrunden Halbschalen 24 und 25 aufgebaut, die jeweils etwa den halben Umfang der Flanschverbindung umfassen und über zwei Stege 26 miteinander verbunden sind.
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7 zeigt eine dritte Ausführungsform 27 des Spannbügels. In dieser Ausführungsform ist der Spannbügel ähnlich demjenigen der ersten Ausführungsform gemäß 1 bis 4 aus zwei Hälften 28 aufgebaut, jedoch weisen die Hälften 28 keine Abplattungen auf.
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Die Ausführungsformen gemäß den 5 bis 7 weisen zusätzlich den Vorteil auf, dass sie keine Abplattungen in den Rändern der zu verbindenden Flansche benötigen. Somit sind diese Ausführungsformen der erfindungsgemässen Flanschverbindung für Flansche vorhandener, alter Bauart sofort und ohne Änderungen an den Flanschen vornehmen zu müssen, einsetzbar, was insbesondere für den Einsatz in einer Serienproduktion mit vorhandenen Flanschausbildungen ohne Abplattungen wichtig und von Vorteil ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Turbolader
- 2
- Eingang Auspuffanlage
- 3
- Katalysator
- 4
- Flanschverbindung
- 5
- Flansch Katalysator
- 6
- Flansch Turbolader
- 7
- Spannbügel
- 8
- Schraube
- 9
- Abplattung Flansch Turbolader
- 10
- Abplattung Flansch Katalysator
- 11
- Abplattung Spannbügel
- 12
- Druckstück
- 13
- Innenkontur Flansch
- 14
- Halbschale Druckbügel
- 15
- Rand Halbschale Druckbügel
- 16
- Halbschale Druckbügel
- 17
- Rand Halbschale Druckbügel
- 18
- v-förmige Innenkontur
- 19
- Ausnehmung
- 20
- Ausnehmung
- 21
- Loch Druckstück
- 22
- Zapfen Druckstück
- 23
- Spannbügel zweite Ausführungsform
- 24
- Halbschale
- 25
- Halbschale
- 26
- Verbindungssteg
- 27
- Spannbügel dritte Ausführungsform
- 28
- Halbschale Spannbügel dritte Ausführungsform
