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Die Erfindung betrifft eine Abgasleitungseinheit eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einen Abgaskrümmer, wobei die Abgasleitungseinheit zumindest eine erste gasleitende Baugruppe und eine zweite gasleitende Baugruppe aufweist und die Baugruppen unter Eingliederung eines Entkoppelungselements miteinander verbunden sind.
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In Abgasanlagen eines Kraftfahrzeugs kommen Entkopplungselemente zum Einsatz, welche in bzw. zwischen Baugruppen von Abgasanlagenkomponenten bzw. Abgasleitungseinheiten integriert werden. Die Entkopplungselemente dienen zur Aufnahme von thermisch bedingten Längenänderungen sowie zur Entkopplung von Lastwechselbewegungen und Schwingungen zwischen Verbrennungsmotor und Abgasanlage sowie zwischen Baugruppen von Abgasleitungseinheiten, wie insbesondere innerhalb eines aus einzelnen Baugruppen bestehenden Abgaskrümmers oder auch dem in eine Abgasleitung integrierten Katalysator oder Schalldämpfer. Zum Stand der Technik zählen Entkopplungselemente ausgeführt als Falten- oder Metallbalg, Gewebekompensatoren ebenso wie Schiebesitzkonstruktionen.
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Ein Entkopplungselement in Form eines Metallbalgs ist beispielsweise aus der
DE 200 23 409 U1 bekannt.
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Die
DE 10 2011 086 463 A1 beschreibt ein Entkopplungselement für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine mit einem elastischen, abgasführenden Körper sowie mindestens einem fest mit dem Körper verbundenen Stützring, der einen axialen Endabschnitt des Körpers außen in der Umfangsrichtung umschließt und mit mindestens einem Flansch, der mittels einer Schweißnaht am Stützring befestigt ist.
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Kopplungselemente, welche verschiedene Baugruppen bzw. Unterbaugruppen einer Abgasleitungseinheit miteinander verbindet, müssen während des Transports von der Produktionsstätte bis hin zur Montage in ein Kraftfahrzeug vor Beschädigungen geschützt werden. Dabei sollen insbesondere schädliche Relativbewegungen, beispielsweise ein Abknicken des Entkopplungselements verhindert werden, weil hierdurch die spätere Funktion beeinträchtigt werden kann. In diesem Zusammenhang zählt durch die
DE 101 36 794 A1 eine Vorrichtung zur Transportsicherung eines flexiblen, leitungsförmigen Entkopplungselements in einem Leitungsstrang zum Stand der Technik. Die Transportsicherung umfasst ein Gehäuse, welches scharnierartig um das Entkopplungselement gesetzt und mittels Spannmittel verspannt wird. Diese Ausgestaltung ist sowohl bauteiltechnisch als auch handhabungstechnisch aufwendig. Gleiches gilt für die aus der
DE 10 2009 032 527 B4 bekannte Schutzschale für eine Vorrichtung zur Transportsicherung eines Entkopplungselements in einem Leitungsstrang. Die Schutzschale ist durch ein in Axialrichtung starres und in Radialrichtung wenigstens in Teilbereichen flexibles Wickelband gebildet.
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Durch die
DE 35 00 568 A1 zählt ein Auspuffkrümmer zum Stand der Technik, bestehend aus einer Sammelleitung mit mehreren zu den Auslassöffnungen des Zylinderkopfes führenden Anschlussstutzen, wobei der Krümmer durch Dehnwellen abschnittsweise axial nachgiebig ausgebildet ist. Um die bei hohen Temperaturbelastungen abnehmende Festigkeit des Krümmers und dessen Verzug zu vermeiden, sind die Anschlussstutzen im Bereich ihrer freien Enden durch zumindest eine sie in Querrichtung fixierende Stütze miteinander verbunden.
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Auch die
FR 2 870 886 A1 offenbart einen Abgaskrümmer mit integrierten Entkopplungselementen.
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Aus der
DE 103 41 868 B4 geht eine Vorrichtung zur Halterung wenigstens eines Abgasreinigungselementes innerhalb eines an einem Zylinderkopf einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine angebrachten Abgaskrümmers hervor. Dort ist das Abgasreinigungselement an einer Halteplatte befestigt.
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Weitere Abgaskrümmer und deren Befestigungsanordnung sind in der
WO 02/088527 A1 oder der
US 2011/0308238 A1 beschrieben.
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Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, eine Abgasleitungseinheit eines Kraftfahrzeugs bestehend aus mehreren Baugruppen mit dazwischen integrierten Entkopplungselementen handhabungstechnisch sowohl für den Transport als auch die Montage bzw. Demontage zu verbessern.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einer Abgasleitungseinheit gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des grundsätzlichen Erfindungsgedankens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 6.
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Die Abgasleitungseinheit umfasst zumindest eine erste gasleitende Baugruppe und eine zweite gasleitende Baugruppe. Diese sind unter Eingliederung eines Entkopplungselements miteinander verbunden. Erfindungsgemäß ist neben dem Entkopplungselement ein Stabilisierungsbauteil vorgesehen. Das Stabilisierungsbauteil ist mit der ersten Baugruppe und der zweiten Baugruppe gefügt.
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Vorzugsweise handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Abgasleitungseinheit um einen mehrteiligen gebauten Abgaskrümmer.
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Die Fixierung der beiden Baugruppen der Abgasleitungseinheit erfolgt durch das Stabilisierungsbauteil. Durch das Stabilisierungsbauteil sind die beiden Baugruppen der Abgasleitungseinheit fest miteinander verbunden. Auf diese Weise wird eine Beschädigung des Entkopplungselements während des Transports durch eine Bewegung der beiden Baugruppen verhindert. Auch bei der Montage bzw. Demontage wird die Abgasleitungseinheit durch das Stabilisierungsbauteil stabilisiert. Dies erleichtert die Montage ebenso wie die Demontage und verhindert auch während dieser Arbeitsvorgänge schädliche Bewegungen der Baugruppen relativ zueinander, durch welche ein Entkopplungselement beschädigt werden könnte. Das Stabilisierungsbauteil verbleibt an der Abgasleitungseinheit und ist fest mit dieser verbunden. Im betrieblichen Einsatz kann optional ein Dehnungsausgleicher im Stabilisierungsbauteil thermische Längenänderungen bzw. Ausdehnungen im System kompensieren. Auch das Entkopplungsbauteil gleicht thermische Längenänderungen bzw. Ausdehnungen ebenso wie Lastwechselbewegungen aus.
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Ein besonders vorteilhafter Aspekt der Erfindung sieht vor, dass das Stabilisierungsbauteil sich zwischen einem Flansch der ersten Baugruppe und einem Flansch der zweiten Baugruppe erstreckt. Insbesondere handelt es sich bei den Flanschen um die Zylinderkopfflansche von Baugruppen eines Abgaskrümmers wie Krümmerrohrbauteil oder dem Sammler.
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Das Stabilisierungselement ist mit einem ersten Abschnitt an einer Außenfläche des Flansches der ersten Baugruppe und mit einem zweiten Endabschnitt an einer Außenfläche des Flansches der zweiten Baugruppe festgelegt. Vorzugsweise ist das Stabilisierungsbauteil mit Abstand neben dem Entkopplungselement angeordnet. Die besagten Flansche sind keine Flansche, an denen auch das Entkopplungselement befestigt ist, sondern z. B. Flansche, über welche die erste Baugruppe und die zweite Baugruppe an Zylindern einer Verbrennungskraftmaschine befestigt sind.
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Vorzugsweise ist das Stabilisierungsbauteil stoffschlüssig mit der ersten Baugruppe und/oder der zweiten Baugruppe gefügt. Insbesondere ist das Stabilisierungsbauteil mit den Baugruppen verschweißt.
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Die Erfindung ermöglicht eine besonders einfache und kostengünstige Gestaltung des Stabilisierungsbauteils, welches sowohl beim Transport als auch bei der Montage oder Demontage im Servicefall als Schutz dient. Eine aufwendige Transportsicherung, die nach dem Transport demontiert werden muss, ist nicht erforderlich. Insgesamt wird die Abgasleitungseinheit in der Handhabung verbessert. Das Stabilisierungsbauteil kann in Kombination mit einem Dehnungsausgleicher zu einer Kompensation von Lastwechselbewegungen und Schwingungen der Abgasleitungseinheit innerhalb der Abgasanlage sowie zwischen den einzelnen Baugruppen der Abgasleitungseinheit beitragen.
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Stabilisierungsbauteile ohne Dehnungsausgleicher besitzen eine höhere Steifigkeit, was insbesondere bei schweren Abgasleitungseinheiten und/oder größeren Abständen zwischen dem Dehnungsausgleicher und dem Stabilisierungsbauteil von Vorteil sein kann. Besonders biegesteife und gleichzeitig leichte Stabilisierungsbauteile können von im Querschnitt U-förmigen Blechstreifen gebildet sein. Die U-Form gewährleistet, dass sich das Stabilisierungsteil weniger biegt und damit keine unzulässigen Abwinkelungen im Bereich des Entkoppelungsbauteils auftreten.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:
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1 in perspektivischer Darstellungsweise eine erfindungsgemäße Abgasleitungseinheit in Form eines Abgaskrümmers und
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2 das Stabilisierungsbauteil der 1 in drei Ansichten.
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Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Kraftfahrzeug-Abgasleitungseinheit in Form eines mehrteiligen Abgaskrümmers 1. Der Abgaskrümmer 1 besteht im Wesentlichen aus einer ersten Baugruppe 2 und einer zweiten Baugruppe 3 sowie einer dritten Baugruppe 4, die der Abgasableitung dienen und untereinander gasleitend verbunden sind. Die erste Baugruppe 2 ist mit der zweiten Baugruppe 3 unter Eingliederung eines Entkopplungselements 5 verbunden. Auch die dritte Baugruppe 4 ist mit der zweiten Baugruppe 3 unter Eingliederung eines Entkopplungselements 6 verbunden.
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Bei der ersten Baugruppe 2 und der dritten Baugruppe 4 handelt es sich jeweils um ein Krümmerrohr 7, welches am zylinderkopfseitigen Ende 8 einen Zylinderflansch 9 aufweist. In das Krümmerrohr 7 mündet ein weiterer Zuleitungsstutzen 10. Auch der Zuleitungsstutzen 10 ist zylinderkopfseitig mit einem Zylinderflansch 11 versehen.
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Die zweite Baugruppe 4 ist der Abgassammler 12. In den Abgassammler 12 münden die sammlerseitigen Enden 13 der Krümmerrohre 7. Hierzu ist der Abgassammler 12 mit Eingangsstutzen 14, 15 versehen. Zylinderkopfseitig ist der Abgassammler 12 mit Zylinderflanschen 16 und 17 am hier nicht dargestellten Zylinderkopf festgelegt. An die Zylinderflansche 16, 17 des Abgassammlers 12 schließen sich Leitungsabschnitte 18, 19 an, in welche Gasführungskanäle integriert sind. Mithin ist auch der Abgassammler 12 gasleitend mit dem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors verbunden. Insgesamt weist der Abgaskrümmer 1 sechs Zylinderflansche 9, 11, 16, 17 auf. Über den Abgassammler 12 erfolgt die Abgasführung vom Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs zu in der Abgasanlage nachgeschalteten Aggregaten, wie einem Turbolader oder einem innerhalb des Abgasstrangs integriertem Katalysator.
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Bei den Entkopplungselementen 5, 6 handelt es sich um mit mehreren Wellen versehene Metallbalge und/oder Gewebekompensatoren. Diese sind einerseits mit dem sammlerseitigen Ende 13 der ersten Baugruppe 2 bzw. dritten Bauteilgruppe 4 verbunden und andererseits mit den Eingangsstutzen 14, 15 der zweiten Baugruppe 3, also dem Abgassammler 12. Die Entkopplungselemente 5, 6 dienen zur Kompensation von thermischen Ausdehnungen, insbesondere Längenausdehnungen in der Abgasleitungseinheit bzw. den Abgaskrümmer 1.
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Neben den Entkopplungselementen 5, 6 ist jeweils ein Stabilisierungsbauteil 28 vorgesehen. Das Stabilisierungsbauteil 28 erstreckt sich in Längsrichtung des Abgaskrümmers 1 parallel und mit Abstand neben jeweils dem Entkopplungselement 5 bzw. 6. Als Einzelteil ist das Stabilisierungsbauteil 28 in der 2 dargestellt.
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Das Stabilisierungsbauteil 28 ist mit der ersten Baugruppe 2 und der zweiten Baugruppe 3 bzw. der dritten Baugruppe 4 und der zweiten Baugruppe 3 gefügt. Man erkennt, dass sich das Stabilisierungsbauteil 28 zwischen dem Zylinderflansch 11 der ersten Baugruppe 2 bzw. dem Zylinderflansch 16 der zweiten Baugruppe 3 erstreckt. Das weitere Stabilisierungsbauteil 28 erstreckt sich zwischen dem Zylinderflansch 11 der dritten Baugruppe und dem Zylinderflansch 17 der zweiten Baugruppe 3.
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Mit einem ersten Endabschnitt ist das Stabilisierungsbauteil 28 an einer Außenfläche 25 des Zylinderflansches 11 der ersten Baugruppe 2 bzw. dritten Baugruppe 4 festgelegt. Mit seinem jeweils zweiten Endabschnitt ist das Stabilisierungsbauteil 28 an einer Außenfläche 25 des Zylinderflansches 16 bzw. 17 der zweiten Baugruppe 3 gefügt. Die Fügung zwischen Stabilisierungsbauteil 20 und den Baugruppen 2, 3, 4 erfolgt stoffschlüssig durch Schweißen.
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Das Stabilisierungsbauteil 28 steift zudem den Verbindungsbereich zwischen erster Baugruppe 2 und zweiter Baugruppe 3 sowie zwischen zweiter Baugruppe 3 und dritter Baugruppe 4 aus. Hierdurch werden die Entkopplungselemente 5, 6 entlastet. Schädliche Bewegungen, beispielsweise Abknickungen, bei Transport und/oder Montage bzw. Demontage werden vermieden.
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Aufgrund der geraden, langgestreckten Geometrie des Stabilisierungsbauteils 28 ist es auf die Außenflächen 25 zwischen den einander benachbarten Zylinderflanschen 11, 16 bzw. 11 und 17 geschweißt.
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Das Stabilisierungsbauteil 28 ist im Detail in 2 in drei verschiedenen Ansichten dargestellt. Die in der Bildebene obere Ansicht zeigt das Stabilisierungsbauteil 28 in der Draufsicht. Unmittelbar darunter ist das Stabilisierungsbauteil 28 in der Seitenansicht und rechts daneben in der Stirnansicht dargestellt. Aus der Stirnansicht ist zu erkennen, dass das Stabilisierungsbauteil 28 im Querschnitt U-förmig konfiguriert ist. Es besteht aus einem Blechstreifen gleichbleibender Dicke mit einem Steg 29 konstanter Breite und zwei randseitig des Stegs 29 abgewinkelten Schenkeln 30. Die Schenkel 30 sind identisch konfiguriert. Sie besitzen über die Länge des Stabilisierungsbauteils 28 betrachtet eine Höhe, die im mittleren Bereich zwischen den Enden des Stabilisierungsbauteils 28 am größten ist, in einem Übergangsbereich abfällt und in den Endabschnitten des Stabilisierungsbauteils 28 konstant ist. Die Überhöhung gegenüber den Endabschnitten gegenüber der Höhe der Schenkel 30 im Bereich der Endabschnitte beträgt etwa 40% bis 50%. Die Übergänge vom höchsten Punkt im mittleren Bereich zu den Endabschnitten konstanter Höhe sind fließend. In der Seitenansicht haben die Schenkel 30 zumindest im mittleren und Übergangsbereich einen bogenförmigen Verlauf.
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In der Einbaulage weisen die Schenkel 30 des Stabilisierungsbauteils 28 in Richtung der Entkoppelungselemente 5, 6 (1). Die Schenkel 30 sind etwa zwei bis drei Mal so breit wie hoch. Das ermöglich es einerseits, die Stabilisierungsbauteile 28 bei guter Zugänglichkeit schweißtechnisch an den Zylinderflanschen 11, 16, 17 zu befestigen. Andererseits wird eine hinreichende Steifigkeit der Stabilisierungsbauteile 28 gewährleistet. Die Stabilisierungsbauteile 28 befinden sich in einem relativ großen Abstand von den Entkopplungselementen 5, 6. Der Abstand ist mindestens so groß wie die Stabilisierungsbauteile 28 breit sind. Aufgrund der Nähe der Stabilisierungsbauteile 28 zu den Zylinderflanschen 11, 16, 17, die in der Einbaulage fest mit einem Motorblock einer nicht näher dargestellten Verbrennungskraftmaschine verschraubt sind, haben die biegesteiferen Stabilisierungsbauteile 28 keine negative Wirkung auf die Kompensation thermischer Längenänderungen im Bereich der Entkopplungselemente 5, 6. Der Transport und die Montage der Abgaskrümmer wird durch die biegesteifen Stabilisierungsbauteile 28 insbesondere bei sehr schweren Abgasbaugruppen allerdings signifikant erleichtert. Die Entkopplungselemente 5, 6 werden entlastet und vor schädlichen Bewegungen, insbesondere Abknickungen, geschützt.
