DE202005014562U1

DE202005014562U1 - Steckverbindung zwischen einem metallischen Wellbalg und einem Anschlussstück

Info

Publication number: DE202005014562U1
Application number: DE200520014562
Authority: DE
Original assignee: IWKA Balg und Kompensatoren Technologie GmbH
Current assignee: BOA Balg und Kompensatoren Technologie GmbH
Priority date: 2005-09-15
Filing date: 2005-09-15
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2015-09-16

Abstract

Steckverbindung (1) zwischen einem metallischen Wellbalg (2) und einem hohlzylindrischen Anschlussstück (3) aus Metall für hohe Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussende des Wellbalges als rückwärts gerichtete Dichtzunge (4) mit radialer Flexibilität ausgeführt ist, die auf das Anschlussstück (3) aufgesteckt bzw. aufgeschoben und dabei radial im Bereich der Dichtzunge (4) aufgeweitet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine „abgasdichte" Steckverbindung zwischen einem metallischen Wellbalg und einem hohlzylindrischen Anschlussstück aus Metall für hohe Temperaturen, wobei das Anschlussende des Wellbalges als rückwärts gerichtete Dichtzunge mit radialer Flexibilität ausgeführt ist, die auf das Anschlussstück aufgesteckt wird.
Metallische Wellbälge werden in vielen Gebieten der Technik eingesetzt. Die hier beschriebene Verbindung ist im Kraftfahrzeugbereich, speziell bei Abgasleitungen in Verbindung mit Turboladern und bei Abgasrückführleitungen einsetzbar.
Aufgrund ihrer dünnwandigen und gewellten Bauweise sind Wellbälge hochflexibel und damit in der Lage, Relativbewegungen zwischen ihren Anschlussenden aufzunehmen.
Die Verbindung des Wellbalges mit einem Anschlussstück, wie z. B. einem Rohrstutzen, einem Flansch oder einer Verschraubung, ist aufgrund der relativ großen Dickenunterschiede der zu verbindenden Teile problematisch. Bei Verbindungen mit hohen Dichtheitsanforderungen haben sich Fügeverfahren wie Schweißen oder Löten durchgesetzt. In vielen Fällen ist ein Verschweißen oder Verlöten jedoch wegen der Gefahr des Wärmeverzugs oder wegen einge schränkter Zugänglichkeit nicht oder nur unter Schwierigkeiten möglich.
Eine andere zu den lösbaren Verbindungen gehörende Anschlussart sind Bördelflansche, bei denen das Material der Wellbalgenden um den Flansch herumgelegt wird und der Wellbalgbördel die Dichtleiste bildet, die konventionell mit einer Flachdichtung am Gegenflansch abdichtet.
In den Druckschriften DE 41 19 296 und EP 1 531 242 werden einfach montierbare und zerstörungsfrei demontierbare Verbindungen zwischen Wellrohren bzw. flexiblen Metallschläuchen für Abgasanlagen von Brennkraftmaschinen offenbart, bei denen ein konisch aufgetulptes Ende unter flächiger Anlage an einem Ringelement mit doppel-konischer Außenform über ein Halteelement wie eine Rohr- oder Spannschelle in lösbarer Weise festgelegt wird. Derartige Lösungen setzen einen entsprechenden Platzbedarf und eine gute Zugänglichkeit für die Montage bzw. Demontage voraus.
Für geringere Dichtheitsanforderungen werden immer häufiger Pressverbindungen angewendet, die ohne größere Vorarbeiten problemlos montiert werden können. Diese Alternative ist jedoch nur möglich, wenn ausreichend Platz für die dafür erforderlichen Presswerkzeuge und eine gute Zugänglichkeit der Verbindungsstelle vorhanden ist.
Aus der Gebrauchsmusterschrift DE 201 16 285 U1 ist eine Verbindung zwischen den zylinderförmigen Enden eines Wellbalges oder Wellschlauches mit von innen angeordneten Rohrstücken und einer aufgeschobenen Muffe bekannt, die gemeinsam durch Außenverpressung unter Querschnittsverminderung verbunden werden. Nachteilig an dieser Verbindung ist, dass neben der aufgeschobenen Außenmuffe noch zusätzlich innerhalb der zylinderförmigen Enden des Wellbalges angeordnete Rohrstücke erforderlich sind, die „stramm passend" eingefügt oder durch einen Kalibriervorgang „stramm passend„ angepasst werden müssen.
Aus der Gebrauchsmusterschrift DE 298 19 932 U1 ist eine Verbindung zwischen einem metallischen Wellrohr und einem Anschlussstück bekannt, bei dem der Rundschnurring in einer im Innenzylinderabschnitt des Anschlussstückes vorgesehenen Ringnut gekammert ist und durch eine bleibende radiale Aufweitung des im Einsteckbereich glatt ausgeführten Wellrohrendes radial gepresst ist, wobei die Ringnut für den Rundschnurring im Boden einer breiteren Ringnut angeordnet ist, an deren Kontur das radial aufgeweitete Wellrohrende anliegt.
Nachteilig an dieser Verbindung ist der erhebliche Aufwand für die mechanische Bearbeitung des Anschlussstückes zur Erzeugung der beiden Ringnuten sowie die erforderliche Wandicke zur Unterbringung der Ringnuten, die die übliche Wanddicke der weiterführenden Rohrleitung um ein Mehrfaches überschreitet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbindung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die für geringe Dichtheitsanforderungen und hohen Temperaturen, wie sie bei Abgasanlagen vorkommen, geeignet ist und ohne Zusatzwerkzeuge auch unter beengten Platzverhältnissen leicht montierbar und demontierbar ist.
Die Aufgabe zur Schaffung einer „abgasdichten" Steckverbindung für hohe Temperaturen zwischen einem metallischen Wellbalg und einem hohlzylindrischen Anschlussstück aus Metall wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Anschlussende des Wellbalges als rückwärts gerichtete Dichtzunge mit radialer Flexibilität ausgebildet ist, die auf das Anschlussstück koaxial aufgesteckt bzw. aufgeschoben und dabei radial im Bereich der Dichtzunge aufgeweitet wird und sich auf diese Weise an die Kontur der Oberfläche des Anschlussstückes anschmiegt und dabei abdichtet.
Im Gegensatz zu konventionellen Verbindungen von Rohrleitungen, die immer die vom Innendruck erzeugte axiale Druckreaktionskraft sicher übertragen müssen, sind die Kräfteverhältnisse bei der Verbindung von Wellbälgen mit Anschlussteilen grundsätzlich unterschiedlich. Die sehr flexiblen Wellbälge sind nicht in der Lage, die bei Innendruck auftretende Druckreaktionskraft aufzunehmen bzw. zu übertragen. Diese muss bei Rohrleitungen von beidseitig angeordneten Festpunkten oder bei Anschluss an Aggregate von deren Lagerung aufgenommen werden. Die Verbindung zwischen dem Wellbalg und dem Anschlussstück wird lediglich von den geringen Rückstellkräften des flexiblen Wellbalges beansprucht, die sich aus den Relativbewegungen seiner Anschlussenden ergeben. Eine vom Innendruck abhängige Komponente, die auf die Endhalbwellen der Bälge wirkt und versucht den Balg zu verlängern, wird durch die zwischen den zusammen gepressten Teilen vorhandene Reibung sicher auf das Anschlussstück übertragen. Somit ist die erfindungsgemäße Verbindung in der Lage, ohne besondere Zugentlastung die auftretenden Kräfte durch die beim Aufschieben der Dichtzunge entstandene mechanische Verbindung zu übertragen. Im Betrieb wird die Innenseite des Anschlussstückes von heißem Abgas durchströmt und ist somit einer höheren Temperatur ausgesetzt als die auf der Außenseite des Anschlussstückes angeordnete Dichtzunge mit Balgende. Bedingt durch den Temperaturgradienten zwischen dem Anschlussstück und der Dichtzunge sowie des Wellbalgendes, wird die radiale Verschiebung des Anschlussstückes größer sein als die der außerhalb der Strömung liegenden Dichtzunge wodurch eine zusätzliche Pressung der Dichtzunge im Betrieb entsteht, die die Dichtwirkung zwischen der Zunge und dem Anschlussstück verbessert. Selbst bei ferritischem Anschlussstück und austenitischem Wellbalg, deren thermische Ausdehnungskoeffizienten sich im Bereich zwischen 400°C und 600°C um ca. 30% unterscheiden, verbleibt die Dichtzunge aufgrund der deutlich geringeren Temperatur am Balgende unter erhöhter radialer Pressung.
Bei Beaufschlagung der Verbindung mit Innendruck, wirkt dieser von außen auf die Dichtzunge, wodurch die Dichtungspressung zwischen Anschlussstück und Dichtzunge verstärkt wird und sich damit die Dichtwirkung erhöht.
Bei der konstruktiven Ausgestaltung der Dichtzunge sind erfindungsgemäß unterschiedliche Bauformen möglich.
So besteht die Dichtzunge bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aus einem nach innen geformten Endteil des Balges, das im ungespannten Zustand eine zur Balgseite hin gerichtete konische Verjüngung aufweist, die sich nach dem Aufschieben auf das Anschlussstück entsprechend der Kontur des Anschlussstückes verformt.
Das Ende der Dichtzunge wird zweckmäßig mit einer kleinen nach außen gerichteten Nase versehen sein, die die Demontage des Wellbalges erleichtert.
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Dichtzunge form- oder stoffschlüssig als einstückiges Teil mit dem Balgende verbunden wird. Diese Ausführung bietet die Möglichkeit, die Dichtzunge mit einer gegenüber dem Wellbalg unterschiedlichen Wandstärke auszuführen, womit die Flexibilität der Dichtzunge unabhängig von den Flexibilitäts- und Druckanforderung des Wellbalges gestaltet werden kann. Eine weitere wichtige Möglichkeit dieser Bauform ist die freie Materialwahl der Dichtzunge. Abhängig vom Temperaturgradienten der Verbindung kann es zweckmäßig sein, ein gegenüber dem Anschlussstück artgleiches Material zu verwenden, dessen thermische Ausdehnungskoeffizienten dann nicht wesentlich unterschiedlich sind und somit eine verbesserte Dichtungspressung ermöglichen. Auch in Hinblick auf die elastischen Eigenschaften der Dichtungszunge bietet die freie Materialwahl die Möglichkeit, ein höher festes Material zu wählen, das gegenüber einem nichtrostenden austenitischen Edelstahl eine wesentlich höhere Steckgrenze und damit höhere Elastizität aufweist.
Eine weitere Option dieser Bauform besteht in der Verwendung einer zwei- oder mehrlagigen Dichtzunge, die eine zusätzliche Flexibilität bei der Ausgestaltung der Verbindung ermöglicht.
In einer besonderen Ausgestaltung der Verbindung ist die Dichtzunge mit mehreren am Umfang verteilten, in Axialrichtung verlaufenden Schlitzen versehen, die am Zungenende beginnend über einen Teilbereich der axialen Ausdehnung verlaufen und vor dem eigentlichen Dichtbereich enden. Die Schlitze verleihen der Dichtzunge eine verbesserte Flexibilität im Einschubbereich, da die Verformung infolge radialer Verschiebung im Schlitzbereich primär durch Biegeverformung vonstatten geht, im ungeschlitzten Bereich hingegen die in Umfangsrichtung auftretende Ringdehnung zu überwinden ist, die infolge der damit einhergehenden Membranspannungen ein steiferes Federverhalten impliziert.
Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen erläutert sind. Dabei zeigt:
1 eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform der Steckverbindung in geschnittener seitlicher Halbansicht;
2 eine alternative Ausführungsform der Steckverbindung gemäß 1 mit formschlüssig verpresster Dichtzunge.
3 eine alternative Ausführungsform der Steckverbindung gemäß 1 mit geschweißter Dichtzunge.
4 eine alternative Ausführungsform der 3
5 einen Schnitt durch eine ausgeführte Steckverbindung nach 3
In 1 ist eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform der Steckverbindung 1 in geschnittener seitlicher Halbansicht dargestellt. Im Bildteil a) sieht man den Wellbalg 2 bevor er in Pfeilrichtung auf das koaxial angeordnete zylinderförmige Anschlussstück aufgeschoben wird. Die Dichtzunge 4 besteht aus einem rückwärts gerichteten, nach innen geformten Endteil des Wellbalges. Die zur Wellbalgseite hin gerichtete leicht konische Verjüngung der Dichtzunge 4 befindet sich noch im spannungslosen Ausgangszustand. Im Bildteil b) ist die Situation nach dem Aufschieben auf das Anschlussstück 3 dargestellt. Die Dichtzunge 4 hat der Kontur des Anschlussstückes folgend im Kontaktbereich eine zylindrische Form angenommen. Am Ende der Dichtzunge ist eine kleine nach außen gerichteten Nase 5 vorhanden, die die Demontage des Wellbalges erleichtert, indem sie ein Verhaken mit der Oberfläche des Anschlussstückes verhindert.
2 zeigt eine alternative Ausführungsform der Steckverbindung gemäß 1 mit formschlüssig verpresster Dichtzunge 4 in der aufgesteckten Dichtstellung. Die Dichtzunge 4 besteht aus einem einstückigen, L-förmigen Ringteil 7, das in einer etwa radial zum Anschlussstück orientierten, vom Wellbalgende gebildeten Tasche 6 aufgenommen und mit diesem formschlüssig verpresst ist. Die Dichtzunge 4 hat wie in 1b) der Kontur des Anschlussstückes folgend im Kontaktbereich eine zylindrische Form angenommen.
In 3 ist eine Variante der 2 zu sehen, bei der das einstückige, L-förmige Ringteil 7 mittels einer Lippenverschweißung 8 an dem radial nach außen gerichteten Ende 9 des Wellbalges festgelegt ist. Zur Erhöhung der Flexibilität der Dichtzunge 4 ist das Ringteil 7 bei dieser Ausführung mit einer geringeren Wandstärke als der Wellbalg ausgeführt. Die Dichtzunge 4 liegt wiederum von außen am Anschlussstück 3 an und dichtet im zylindrischen Kontaktbereich ab.
4 zeigt eine Variante der 3 mit ebenfalls lippenverschweißtem Ringteil 7, wobei das Ende des Wellbalges und das der s-förmigen Dichtzunge 4 zylindrisch auslaufen und am Ende verschweißt sind. Die Dichtzunge 4, die bei dieser Bauform aus zwei Lagen besteht, schmiegt sich wie bei den vorherigen Darstellungen in einem zylindrischen Kontaktbereich an dem Anschlussstück an und dichtet dabei ab.
5 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Kontaktbereichs der Dichtzunge mit dem Anschlussstück für eine ausgeführte Steckverbindung nach 3.
Die erfindungsgemäßen Varianten stellen „abgasdichte" und montagefreundliche Steckverbindungen für hohe Temperaturen zwischen einem metallischen Wellbalg 2 und einem hohlzylindrischen Anschlussstück 3 aus Metall zur Verfügung, die in einem Arbeitsgang ohne Zusatzwerkzeuge montiert werden kann.

1: Steckverbindung
2: Wellbalg
3: hohlzylindrisches Anschlussstück
4: Dichtzunge
5: Nase
6: Tasche
7: Ringteil
8: Lippenverschweißung
9: nach außen gerichtetes Wellbalgende
10: Zungenende

Claims

Steckverbindung (1) zwischen einem metallischen Wellbalg (2) und einem hohlzylindrischen Anschlussstück (3) aus Metall für hohe Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussende des Wellbalges als rückwärts gerichtete Dichtzunge (4) mit radialer Flexibilität ausgeführt ist, die auf das Anschlussstück (3) aufgesteckt bzw. aufgeschoben und dabei radial im Bereich der Dichtzunge (4) aufgeweitet wird.
Steckverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussende des Wellbalges aus einem nach innen geformten Teil des Wellbalges besteht, das im ungespannten Zustand eine zur Balgseite hin gerichtete, konisch verjüngte Dichtzunge (4) aufweist.
Steckverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtzunge (4) form- oder stoffschlüssig als einstückiges Ringteil (7) mit dem Wellbalgende verbunden ist.
Steckverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringteil (7) aus einem gegenüber dem Wellbalg unterschiedlichen Material besteht.
Steckverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das radial nach außen gerichtete Ende des Ringteiles (7) in einer radial zum Anschlussstück (3) orientierten, vom Wellbalgende gebildeten Tasche (6) aufgenommen und mit diesem formschlüssig verpresst ist.
Steckverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das einstückige, L-förmige Ringteil (7) mittels einer Lippenverschweißung (8) an dem radial nach außen gerichteten Ende des Wellbalges (9) festgelegt ist.
Steckverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringteil (7) als s-förmige Dichtzunge (4) zylindrisch mit dem Ende des Wellbalges ausläuft und mit diesem lippenverschweißt ist.
Steckverbindung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringteil (7) aus mehreren Lagen besteht.
Steckverbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Lagen des Ringteiles aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
Steckverbindung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtzunge mit mehreren am Umfang verteilten, in Axialrichtung verlaufenden Schlitzen versehen ist, die am Zungenende (10) beginnend über einen Teilbereich der axialen Ausdehnung verlaufen und vor dem Dichtbereich enden.
Steckverbindung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende der Dichtzunge (4) mit einer kleinen nach außen gerichteten Nase (5) versehen ist.