DE3333591A1

DE3333591A1 - Abgase fuehrender bauteil

Info

Publication number: DE3333591A1
Application number: DE19833333591
Authority: DE
Inventors: Peter 6700 Ludwigshafen Bechte; Albrecht Dipl.-Ing. 7153 Weissach Brändle; Hermann Dr.-Ing. 7300 Esslingen Hiereth
Original assignee: Gruenzweig und Hartmann Montage GmbH; Daimler Benz AG; G&H Montage GmbH
Current assignee: G&H Montage GmbH
Priority date: 1983-09-16
Filing date: 1983-09-16
Publication date: 1985-03-28
Also published as: DE3333591C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Abgase führendes Bau-
teil und richtet sich insbesondere auf eine neue Ausbildung von Auspuffkrümmern, Auspuffrohren oder Auspuffteilsystemen von Verbrennungsmotoren.
Solche Bauteile werden bis jetzt in Alu- oder Grauguß hergestellt oder bestehen, soweit das Auspuffrohrsystem betroffen ist, aus Stahlblech. Sie sind mit den aus dem Verbrennungsmotor kommenden Abgasen unmittelbar beaufschlagt und damit hohen Temperaturen ausgesetzt. Ihre Wärmespeicherkapazität, Wärmeabstrahlung und Wärmeleitung im Betrieb sind beträchtlich. Insbesondere bei gekapseltem Motorraum kommt es zu einem erheblichen Wärmestau in diesem Raum und damit zu einer wenigstens unerwünschten Temperaturbelastung von weiteren, in dem gekapselten Motorraum befindlichen Bauteilen, die nur durch eine erhöhte Kapselbelüftung beherrscht werden kann. Schließlich weisen die bekannten Bauteile ein erhebliches Gewicht auf.
Der an sich naheliegende Gedanke, die Wärmeeigenschaften solcher Bauteile dadurch zu verbessern, daß man sie mit Wärmedämmaterial umhüllt und damit wenigstens ihre Wärmeabstrahlung verringert, führt nicht zum Erfolg, da der Einsatz einer solchen Umhüllung zu einem Wärmestau im Bauteil selbst führt. Ein solcher Wärmestau im Bauteil hat aber ein Reißen desselben zur Folge und damit seine Zerstörung.
Das Gewichtsproblem bliebe das gleiche, würde vielmehr durch den zusätzlichen Einbau des Wärmedämmaterials noch erhöht.
Man könnte für einen solchen Fall zwar daran denken, für das Bauelement eine hochwertigere Legierung mit höherer Festigkeit zu verwenden, jedoch hat dies eine unerwünschte Verteuerung zur Folge, ohne daß das Problem der hohen Wärmekapazität des Bauteiles auch nur im entferntesten gelöst würde, ganz abgesehen davon, daß solche höherwertigen Legierungen wesentlich schwerer zu bearbeiten, beispielsweise zu bohren, zu schleifen od. dgl., sind.
Es stellt sich somit die Aufgabe, Abgase führende Bauteile, insbesondere Auspuffkrümmer, Auspuffrohre oder Auspuffteilsysteme zu schaffen, die eine vernachläßigbare Wärmekapazität aufweisen, deren Gewicht erheblich reduziert ist, die bei motorfester Anordnung in Nachschaltgeräten Einbau- und Anbauvorteile erbringen, und die schließlich auch eine verringerte Körperschallübertragung aufweisen, wobei die Lösung dieser Aufgabe so erfolgen soll, daß eine besonders einfache Herstellung des Bauteiles möglich ist.
Diese der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Abgase führende Bauteil aus einer mit den Abgasen unmittelbar in Kontakt stehenden Innenhaut aus dünnem, hochwarmfestem, gasdichtem und gegenüber den Abgasen korrosionsfestem Material und von dem Verwendungszweck des Bauteils angepaßter Form und aus einer die Innenhaut auf der den Abgasen abgewandten Seite umhüllenden Schicht aus Wärmedämmaterial besteht und dieser Körper aus Innenhaut und Wärmedämmaterial in einer entsprechend geformten Außenschale eingebettet ist.
Wandstärke und Material der Innenhaut und der Außenschale lassen sich entsprechend den Betriebsbedingungen, wie Druck, Temperatur, Strömungsgeschwindigkeit der heißen Abgase, Forderungen an die Abriebfestigkeit und an den Widerstand gegen die chemische Agressivität der heißen Abgase usw.
wählen. Bewährt hat sich ein CrNiTi-Stahl der Sorte X1OCrNiTi 189 (Werkstoff-Nr. 1.4541).
Bei dem erfindungsgemäßen Bauteil erfolgt die Gasführung infolge des im Bauteil enthaltenen Wärmedämmaterials mit minimalen Wärmeverlusten, d.h. es erfolgt eine Verlagerung der Heißstelle von beispielsweise der Austrittsstelle der Abgase aus den Zylinderköpfen bis zum Ende des entsprechenden Bauteiles, was keineswegs ein Nachteil ist, da die Heiß stelle damit an eine Stelle verlagerbar ist,an der die Wärme besser abgeführt und gegebenenfalls sogar noch verwertet werden kann.
Die Wärmekapazität eines derartigen Bauteiles ist erkennbar vernachläßigbar klein. Die Gewichtsreduktion ist erheblich. Beim Prototyp eines Auspuffkrümmers, der normalerweise ein Gewicht von 4200 g aufweist,wurde eine Gewichtsreduzierung um praktisch 10 % auf 3900 g erzielt.
Das ganze System ist weniger starr, woraus eine verringerte Körperschallübertragung resultiert.
Außerdem ergeben sich Anbauvorteile bei motorfester Anordnung von Nachschaltgeräten, weil entsprechende Dehnungen und Verkürzungen durch die weniger starre Ausbildung des Bauteiles aufgenommen werden können.
Die Herstellung solcher Bauteile ist vergleichsweise einfach.
Innenhaut und Außenschale lassen sich als Halbschalen im Tiefziehverfahren herstellen. Auch die Schicht oder der Körper aus dem Wärmedämmaterial, beispielsweise keramischen Fasern, läßt sich auf einem entsprechenden formgebenden Werkzeug zur Halbschale ausformen.
Es werden dann die entsprechenden Innenhauthalbschalen miteinander verschweißt, und die aus dem Dämmaterial bestehenden Halbschalen aufgelegt, worauf das Aufsetzen der Außenhalbschalen erfolgt. Diese Außenhalbschalen werden miteinander und mit einer gegebenenfalls vorhandenen Trägerplatte verschweißt.
Da das erfindungsgemäße Bauteil hauptsächlich als Auspuffkrümmer von Verbrennungsmotoren Verwendung findet, müssen die bei solchen Anwendungsfällen auftretenden Druckpulsationen aufgenommen werden können. Dies erfolgt in weiterer Ausbildung der Erfindung dadurch, daß eine Druckausgleichsöffnung vorgesehen ist.
Eine solche als eine Art von Ausgleichsventil wirkende Öffnung fängt die Formänderung der Innenhaut und Außenschale auf, weil sich durch sie hindurch der Druck im Inneren des Bautelementes dauernd dem Außendruck anpaßt. Um ein Eindringen von Fremdkörpern zu vermeiden, ist die Druckausgleichsöffnung durch ein Schutzgehäuse abgedeckt, welches einstückig aus einer gebogenen Blechlasche gefertigt sein kann, zweckmäßig aber einfach die Kennzeichnungsplakette des entsprechenden Bauteils ist.
Die Zeichnung zeigt als Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes einen Rohrkrümmer, und zwar in Fig. 4 einen schematisch angedeuteten Rohrblock mit angesetztem Rohrkrümmer; Fig. 2 einen teilweise zerlegten Rohrkrümmer, mit nach vorne abgelegtem Seitenteil; Fig. 3 die Einzelteile des Rohrkrümmers nach Fig. 1 in perspektivischer Darstellung; und in Fig. 4 in vergrößerter Darstellung eine Draufsicht auf eine Einzelheit an einer der Außenschalenhälften.
In Fig. 1 ist mit 1 schematisch der Motorblock angedeutet, aus dem die Abgase aus den Zylinderköpfen über den Auspuffkrümmer 2 abgeführt werden. Der Aufbau des Auspuffkrümmers ist aus Fig. 2 und 3 zu erkennen. Mit 3 ist ein Innenhautkörper bezeichnet, dessen Innenfläche mit den Abgasen unmittelbar in Kontakt steht. Dieser Innenhautkörper 3 besteht aus einem dünnen, hoch warmfesten, gasdichten und gegenüber den Abgasen korrosionsfesten Material und führt die Abgase im Auspuffkrümmer 2. Als Material für diese Innenhaut ist z.B. ein Stahl der Sorte X 10 CrMiTi 189 (Werkstoff-Nr. 1.4541) gewählt.
Insbesondere aus Fig. 2 ist erkennbar, daß dieser Innenhautkörper 3 aus zwei Halbschalen bestehen kann, die längs der Nähte 4 und mittels einer Grundplatte 5 sowie eines Rohranschlußteiles 6 zum Innenhautkörper 3 vereinigt sind. Der Auspuffkrümmer 2 ist mittels der Grundplatte 5 am Motorblock 1 befestigt.
Der Innenhautkörper 3 ist in Schalen 7, 7a aus Wärmedämm-material eingebettet, die in Fig. 3 einzeln dargestellt sind. Aus Fig. 2 erkennt man, wie die Schale 7 den Innenhautkörper 3 hälftig umhüllt und selbst in einer Hälfte 8 der Außenschale eingelagert ist.
Die beiden Hälften der Außenschale sind in Fig. 3 mit 8 und 8a bezeichnet.
In Rohrkrümmern oder Auspuffrohren von Verbrennungsmotoren treten Druckpulsationen auf, die in diesen auteilen, besonders dann, wenn für die Innenhaut und/oder Außenschale dünnes Blech verwendet wird, zu bleibenden Formänderungen wegen der geringen Formstabilität solcher dünnen Bleche führen können. Um solche Formänderungen auszuschließen, ist in der Außenschale 8a eine Druckausgleichsöffnung vorgesehen, die in Fig. 4 mit 9 bezeichnet und in Fig. 2 durch den Hinweispfeil 9 bezüglich ihrer Lage in der Außenschale 8a angedeutet ist.
Durch diese Druckausgleichsöffnung hindurch wird der Druck im Inneren des Rohrkrümmers 2 dauernd an den Außendruck angepaßt. Um ein Eindringen von Fremdkörpern zu vermeiden, ist die Druckausgleichsöffnung 9 durch ein Schutzgehäuse 10 abgedeckt , welches einstückig aus einer gebogenen Blechlasche gefertigt sein kann, die mit ihren Umfangsrändern 11 linienförmig dicht auf der Außenfläche der Außenschalenhälfte 8a angeschweißt ist und mit einem Teil 12 die Druckausgleichsöffnung 9 in der Außenschalenhälfte 8a in einem Abstand von wenigen Millimetern übergreift und so abdeckt.
Auf dem Teil 12 kann ein Typenschild o. dgl. befestigt sein, so daß die Druckausgleichsanordnung nach außen nicht erkennbar ist. Es ist auch möglich, daß das Typenschild selbst den Teil 12 bildet.

Claims

Abgase führender Bauteil Patentansprüche t Abgase führender Bauteil, insbesondere Auspuffkrümmer, Auspuffrohr oder Auspuffteilsystem von Verbrennungsmotoren, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß er aus einer mit den Abgasen unmittelbar in Kontakt stehenden Innenhaut (3) aus dünnem, hochwarmfestem, gasdichtem und gegenüber dem Abgas korrosionsfestem Material und von dem Verwendungszweck des Bauteiles angepaßter Form und aus einer die Innenhaut (3) auf der den Abgasen abgewendeten Seite umhüllenden Schale (7a, 7b) aus Wärmedämaterial besteht und dieser Körper aus Innenhaut (3) und Wärmedämmaterialschicht (7a, 7b) in einer entsprechend geformten Außenschale (8, 8a) eingebettet ist.
2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Wärmedämmaterial aus Keramikfasern besteht.
3. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß wenigstens die Innenhaut (3) aus Stahl der Sorte X1OCrNiTi 189 (Werkstoff-Nr. 1.4541) besteht.
4. Bauteil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß in der Außenschale (8a) wenigstens eine Druckausgleichsöffnung (9)vorgesehen ist.
5. Bauteil nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Druckausgleichsöffnung (9) durch ein Schutzgehäuse (10) abgedeckt ist.