DE4224499C2 - Flanschverbindung zwischen zwei abgasführenden Teilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flanschverbindung zwischen zwei abgasführenden Teilen, insbesondere Rohrelementen, von denen mindestens ein Rohrelement aus einem mit einem Flansch ver­ bindbaren äußeren Rohr und einem darin mit radialem Abstand gehalterten inneren gasführenden Rohr aufgebaut ist.

Es ist bekannt, Abgasrohre aus zwei ineinandergestreckten Rohren herzustellen, zwischen denen ein Isolationsspalt vor­ handen ist (US-PS 35 81 494). Der Isolationsspalt kann luft­ gefüllt oder mit einem Isoliermaterial gefüllt sein. Aufgrund des Isolationsspaltes bleibt das Außenrohr deutlich kühler als das Innenrohr. Die Verbindung derartiger Abgasrohre mit einander oder beispielsweise mit einem Motorblock geschieht über Flanschverbindungen. Im Bereich der Flansche ist jeweils das Innenrohr an den Flansch und/oder das Außenrohr herange­ führt und gegebenenfalls auch mit diesem verschweißt. Der Isolations­ spalt ist also im Bereich der Flansche nicht vorhanden. Dies gilt auch für den Fall, daß im Bereich des Flansches ein Schiebesitz vorhanden ist, das Innenrohr also nur an dem Au­ ßenrohr oder dem Flansch anliegt, aber nicht verbunden ist, so daß es sich axial noch verschieben kann. Das Fehlen des Luftspaltes führt also zur Bildung einer Wärmebrücke, die zu einer Erhöhung der Temperatur des Flansches selbst und des Außenrohrs in diesem Bereich führt.

Weiterhin bekannt ist ein Isolierrohr (DE 36 11 578 C2), bei dem im Bereich der Flanschverbindung an dem äußeren und dem inneren Rohr je ein Bundring befestigt ist. Die beiden Bundringe werden voneinander durch eine Isolierlage thermisch isoliert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flanschverbin­ dung zu schaffen, die zu einer Verringerung der Temperatur des Flansches und des Außenrohrs im Flanschbereich führt.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Flansch­ verbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vor. Weiterbil­ dungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die thermische Isolierung zwischen dem heißen Innenrohr einerseits und dem Flansch und dem Außenrohr auch im Bereich der Flanschverbindung führt dazu, daß der Flansch selbst eine niedrigere Temperatur aufweist. Dadurch erhöht sich die Fe­ stigkeit der Flansche oder man kann bei gleicher Festigkeit dünnere Flansche oder Flansche aus preisgünstigerem Werkstoff verwenden. Bei dünneren Flanschen verringert sich auch das Gewicht. Hinzu kommt, daß die Wärmeabstrahlung in die Umge­ bung verringert wird, was insbesondere dann von Wichtigkeit ist, wenn aufgrund einschränkender Vorschriften Motore gekap­ selt werden müssen.

Eine Möglichkeit der thermischen Isolierung ist erfindungsge­ mäß das Fortführen des radialen Abstandes zwischen dem Außen­ rohr und dem Innenrohr.

Bei Beibehaltung des radialen Abstandes des Innenrohres auch im Endbereich kann erfindungsgemäß in Weiterbildung vorgese­ hen sein, daß das Innenrohr in diesem Bereich gegenüber dem äußeren Rohr und/oder dem Flansch zentriert gehaltert ist. Diese Zentrierung kann unter Umständen sehr vorteilhaft sein, insbeson­ dere bei komplizierteren Formen, bei denen die stärkere Längsausdehnung des wärmeren Innenrohr gegenüber dem Außen­ rohr auch zu einer seitlichen Verschiebung führen kann. Ein dann auftretendes seitliches Anliegen ist zwar immer noch eine Isolierung in allen anderen Bereichen, jedoch kann die Zentrierung auch in diesem Fall eine Verbesserung der Isolie­ rung bringen. Als Zentrierung kann beispielsweise ein um das Rohrende gelegter Ring aus Drahtgestrick oder einem anderen Material dienen. Ebenfalls denkbar ist es, eine Zentrierung durch Sicken am Innenrohr und/oder Außenrohr zu bewirken.

Erfindungsgemäß kann in Weiterbildung vorgesehen sein, daß das innere Rohr über die Flanschverbindungsstelle axial vor­ springt und dort in das jeweils andere Rohr etwas hineinragt.

In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß auch das zweite Rohrelement doppelwandig aus einem äußeren und einem inneren Rohr aufgebaut ist, wobei das innere Rohr eben­ falls einen radialen Abstand von dem Außenrohr und/oder dem Flansch aufweist.

In nochmaliger Weiterbildung kann vorgesehen sein, daß die beiden inneren Rohre im Bereich der Flanschverbindung einen Schiebesitz bilden. Der Schiebsitz wird von einem flächigen Anliegen der beiden Rohre aneinander gebildet, wobei jedoch eine Verschiebung in axialer Richtung möglich ist.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, daß der Schiebesitz die Zentrierung für mindestens eines der beiden inneren gasfüh­ renden Rohre bildet.

Die Erfindung kann Flanschverbindungen zwischen beliebigen gasführenden Rohrteilen bilden, beispielsweise mit Vorteil eine Flanschverbindung zwischen einem Auspuffkrümmer und einem Vorrohr.

Sie ist aber mit Vorteil auch bei einer Flanschverbindung zwischen einem Vorrohr und einem Katalysatorgehäuse anwend­ bar.

Insbesondere kann die Flanschverbindung bei der Anbringung des Auspuffkrümmers an dem Zylinderkopf angewandt werden. So kann beispielsweise um die Auslaßöffnung im Zylinderkopf herum eine Ringnut angeordnet sein, in die beim Zusammenset­ zen das innere gasführende Rohr des Auspuffkrümmers ein­ greift. Auch in diesem Fall ist das innere gasführende Rohr des Auspuffkrümmers thermisch von dem Flansch des Auspuff­ krümmers und dem Flansch des Zylinderkopfes abgekoppelt.

Die Erfindung ist insbesondere bei Rohrverbindungen anwend­ bar, bei denen das äußere Rohr die tragende Funktion über­ nimmt und das innere Rohr aus dünnerem Material nur zur Gasführung dient.

Sie ist aber auch in solchen Fällen anwendbar, bei denen das Innenrohr zusätzlich zur Gasführung auch noch die tragende Funktion übernimmt.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung er­ geben sich aus den Patentansprüchen, deren Wortlaut durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird, der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Er­ findung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch die Verbindungsstelle zweier Rohrelemente;

Fig. 2 eine Flanschverbindung zwischen zwei Rohr­ elementen, von denen nur eins doppelwandig ist;

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung, bei der beide Rohrelemente doppelwandig ausgebil­ det sind.

In Fig. 1 ist eine Verbindung zwischen einem rechts gezeigten Rohrelement 1 und einem links gezeichneten Rohrelement 2 dar­ gestellt. Das Rohrelement 1 weist ein äußeres Rohr 3 auf, das in seinem Endbereich mit einem Flansch 4 versehen ist, der beispielsweise an das äußere Rohr 3 angeschweißt ist. Inner­ halb des äußeren Rohres 3 ist ein inneres Rohr 5 angeordnet, das konzentrisch zu dem äußeren Rohr gehaltert ist. Es weist also überall einen radialen Abstand 6 von dem äußeren Rohr 3 auf. Zur Zentrierung ist zwischen dem äußeren und inneren Rohr 3 und 5 im Endbereich ein Ringelement 7 aus einem Draht­ gestrick angeordnet. Das Innenrohr 5, das aus dünnerem Mate­ rial besteht, ragt über die freie Stirnfläche 8 des Flansches 4 hinaus.

Das zweite, in Fig. 1 links dargestellte Rohrelement enthält ebenfalls ein äußeres Rohr 9, das in seinem Endbereich mit einem Flansch 10 verbunden ist, beispielsweise verschweißt.

Der Flansch 10 entspricht in Form und Abmessung im wesentli­ chen dem Flansch 4. Auch in dem Außenrohr 9 des zweiten Rohr­ elementes 2 ist ein Innenrohr 11 aus dünnerem Material so an­ geordnet, daß es allseits einen radialen Abstand 12 vom Au­ ßenrohr 9 aufweist. In seinem Endbereich ist das Innenrohr 11 etwas erweitert, so daß der erweiterte Endbereich 13 über das Ende des Innenrohres 5 des ersten Rohrelementes 1 paßt und mit diesem einen Schiebesitz bildet. Der Schiebesitz ist im wesentlichen gasdicht, so daß das heiße Abgas auch über die dargestellte Flanschverbindung hinaus innerhalb des durch die Innenrohre 5, 11 gebildeten Raumes bleibt.

Zwischen den beiden Flanschen ist eine Dichtung 14 angeord­ net. Die beiden Flansche können beispielsweise durch Schrau­ ben miteinander verbunden werden.

Aufgrund der dargestellten thermischen Isolierung des Innen­ rohres 5, 11 sowohl von den Flanschen 4, 10 als auch von den Außenrohren 3, 9 im Bereich der dargestellten Flanschverbin­ dung bleiben die Flansche und Außenrohre auch in diesem Be­ reich kühler als das Innenrohr.

Während die Darstellung der Fig. 1 vereinfacht und schema­ tisch war, zeigt Fig. 2 eine weitere Flanschverbindung, bei der ein Rohrelement ein Auspuffkrümmer 15 und das mit diesem zu verbindenden Rohrelement ein Vorrohr 16 ist. Das Vorrohr 16 führt zu einem Katalysator.

Mit dem Außenrohr 3 des Auspuffkrümmers 15 ist der Flansch 4 verschweißt. Der Flansch 4 weist im Bereich seiner Innenöff­ nung eine abgestufte Form auf, so daß das Außenrohr 3 dort zunächst eingeschoben werden kann, bevor die Schweißverbin­ dung erfolgt. Es ist also eine glatt durchgehende Innenöff­ nung gebildet. Auch in dem Fall der Fig. 2 ragt das Innenrohr 5 des Auspuffkrümmers 15 über das entsprechende Ende des Flan­ sches 4 hinaus. Wiederum ist ein radialer Abstand 6 zwischen dem Innenrohr 5 einerseits und dem Flansch 4 bzw. dem Außen­ rohr 3 andererseits gegeben.

Das Vorrohr 16 ist als Einfachrohr ausgebildet, enthält also kein Innenrohr. In seinem Endbereich ist es trichterförmig erweitert. Auf das Vorrohr 16 ist der zugehörige Flansch 10 aufgeschoben und liegt an dem sich erweiternden Bereich des Vorrohrs an. Die Verbindung zwischen dem Flansch 10 und dem Vorrohr 16 wird also beim Verschrauben oder Verklammern der beiden Flansche 4, 10 hergestellt. Bei der in Fig. 2 darge­ stellten Ausführungsform erstreckt sich das Innenrohr 5 des Auspuffkrümmers 15 bis zum jenseitigen Ende des dem Vorrohr 16 zugeordneten Flansches 10, und weist auch in diesem Be­ reich einen radialen Abstand 6 auf. Das Vorrohr 16 wird also erst in einem Bereich stromab des Endes des Innenrohres 5 des Auspuffkrümmers 15 voll von dem Abgas getroffen.

Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat herausgefunden, daß selbst bei, dieser nur teilweise wirksamen thermischen Entkopplung durch den Abstand eine Verringerung der Tempera­ tur der Flansche 4, 10 um etwa 50° erreicht wird.

Fig. 3 zeigt nun eine Ausführungsform, bei der das Vorrohr 16 ebenfalls doppelwandig aus einem äußeren Rohr 9 und einem in­ neren Rohr 11 aufgebaut ist. Das Ende des Auspuffkrümmers 15 ist identisch zu der Darstellung der Fig. 2, so daß der Aus­ puffkrümmer 15 nicht nochmals erläutert wird. Das Innenrohr 11 des Vorrohrs 16 weist in diesem Fall einen etwas größeren Durchmesser auf als das Innenrohr 5 des Auspuffkrümmers 15, so daß die beiden Rohre aufeinandergestellt werden können und so einen Schiebesitz bilden. Die Zentrierung des Innenrohres 11 im Vorrohr 16 wird hier durch den Schiebsitz mit dem In­ nenrohr 5 des Auspuffkrümmers 15 bewirkt, so daß keine eigene Zentrierung innerhalb des Vorrohrs 16 erforderlich ist.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform konnten Tem­ peraturverminderungen im Bereich von 100° erzielt werden.

Claims (12)

1. Flanschverbindung zwischen zwei abgasführenden Teilen, insbesondere Rohrelementen (1, 2), von denen mindestens ein Rohrelement (1) aus einem mit einem Flansch (4) verbindbaren äußeren Rohr (3) und einem darin mit radialem Abstand (6) gehalterten inneren gasführenden Rohr (5) aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Rohr (5) im Bereich seines dem Flansch (4) zugeordneten Endes von dem äußeren Rohr (3) und dem zugeordneten Flansch (4) thermisch isoliert ausgebildet ist und über die Verbindungsstelle zwischen den beiden Rohrelementen (1, 2) axial vorspringt.

2. Flanschverbindung nach Anspruch 1, bei der das innere Rohr (5) im Bereich des Flansches (4) im wesentlichen über den gesamten Umfang einen radialen Abstand (6) von dem äußeren Rohr (3) und/oder dem Flansch (4) aufweist.

3. Flanschverbindung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das innere Rohr (5) im Bereich des Flansches (4) gegenüber dem äußeren Rohr (3) und/oder dem Flansch (4) zentriert gehaltert ist.

4. Flanschverbindung nach Anspruch 3, bei der zur Zentrie­ rung ein Ringelement (7) vorgesehen ist.

5. Flanschverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei der das zweite Rohrelement aus einem äußeren Rohr (9) und einem darin mit radialem Abstand (12) gehalterten inneren gasführenden Rohr (11) aufgebaut ist und das innere Rohr (11) im Bereich seines dem Flansch (10) zugeordneten Endes von dem äußeren Rohr (9) und dem zugeordneten Flansch (10) thermisch isoliert ausgebildet ist.

6. Flanschverbindung nach Anspruch 5, bei der das äußere Rohr (9) des zweiten Rohrelements mit einem Flansch (10) verbindbar ist.

7. Flanschverbindung nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die thermische Isolierung des zweiten Rohrelements (2) durch einen radialen Abstand zwischen dem inneren Rohr (11) und dem äußeren Rohr (9) und/oder dem zugeordneten Flansch (10) gebildet ist.

8. Flanschverbindung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei der die beiden inneren Rohre (5, 11) im Bereich der Flanschverbindung einen Schiebesitz bilden.

9. Flanschverbindung nach Anspruch 8, bei der der Schiebe­ sitz eine Zentrierung für das Innenrohr (11) bildet.

10. Flanschverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei der ein Rohrelement (1) ein Auspuffkrümmer (15) und das zweite Rohrelement (2) ein Vorrohr (16) ist.

11. Flanschverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der ein Rohrelement (2) ein Vorrohr (16) und das zweite Rohrelement ein Katalysatorgehäuse ist.

12. Flanschverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der ein Rohrelement (1) ein Auspuffkrümmer (15) und das zweite Rohrelement ein Zylinderkopf eines Motorblocks ist.