DE19653906C2 - Vorrichtung zum Verbinden von zwei rohrfömigen Leitungsteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden von zwei rohrförmigen Leitungsteilen nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.

Leitungsverbindungen dieser Art dienen unter anderem dazu, eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugmotores von den motorangeregten Schwingungen abzukoppeln.

Aus der DE-GM 68 12 335 ist eine Vorrichtung zur Verbindung von zwei rohrförmigen Leitungen bekannt, bei der einem ersten Leitungsende ein Gehäuse zugeordnet ist, in dem ein quer zur Leitungslängsachse verschieblicher Riegel in einer ersten Position eine kreisförmige Öffnung des Gehäuses freigibt, in die die zweite Leitung einschiebbar ist. Eine Sicherung der relativen Lage der beiden Leitungsenden erfolgt durch eine Verschiebung des Riegels derart, daß dieser formschlüssig in eine Nut der zweiten Leitung eingreift. Mittels einer Krümmung des Riegel im Bereich der Anlagefläche desselben an der Nut kann eine eingeschränkt federelastische Verbindung der Leitungen erfolgen. Die Montage und Demontage des Riegels ist aufwendig bzw. unmöglich, da der Riegel unlösbar mit dem Gehäuse verbunden ist.

Aus der FR-PS 2 360 028 ist eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art bekannt, wobei zwischen die beiden Anschlußstücke eine Spiralfeder gespannt ist, die die beiden Leitungsteile in axialer Richtung auseinanderdrückt. Die bekannte Leitungs­ verbindung hat jedoch den Nachteil, daß sie Motorschwingungen nur unzureichend abkoppelt.

Weitere Verbindungsarten sind z. B. verschraubte Flanschverbindungen oder Steckverbindungen, bei denen die Abgasrohre ineinandergesteckt und dann mit einer Schelle verbunden werden. Zur Schwingungsabkopplung müssen dann spezielle Abkoppelelemente verwendet werden, die zusätzlich in die Anlage eingeschweißt oder auf andere Weise mit dieser befestigt werden müssen.

Die DE 44 44 550 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Verbindung von zwei rohrförmigen Leitungsteilen, wobei die Anschlußstücke durch Federmittel mit einer Vorspannkraft zusammengehalten sind. Die Federmittel weisen eine sich an einem Anschlußstück abstützende Scheibenfeder und eine weitere mit dem jeweils anderen Anschlußstück in Wirkverbindung stehende Scheibenfeder auf, wobei die beiden Scheibenfedern durch Klammern gegeneinander vorgespannt sind. Diese Ausgestaltung ist jedoch relativ aufwendig im Aufbau und benötigt darüber hinaus relativ viel zusätzlichen Bauraum.

In dem Fachbuch Feinmechanische Bauelemente, Hildebrand S., Carl-Hanser-Verlag München 1972, Seiten 278 bis 281, sind mittelbare Spreizverbindungen als Rohrverbindungen beschrieben, welche eine axiale Verschieblichkeit von zwei zu verbindenden Rohrstücken verhindern sollen.

Nachteilig dabei ist jedoch, daß bei diesen Lösungen eine hohe Fertigungsgenauigkeit notwendig ist, da mit den vorgestellten konstruktiven Ausgestaltungen Fertigungstoleranzen nur bedingt ausgeglichen werden können.

Zum allgemeinen Stand der Technik wird auf die DE-AS 11 03 697 verwiesen, welche eine Schnellkupplung für Rohre oder dergleichen vorstellt. Die Schnellkupplung weist ein Kugelteil, ein dieses umfassende Becherteil und ein das Kugelteil im Becherteil in der Betriebslage haltenden Sperrring auf.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit der eine Abkopplung von Schwingungen auf einfache und kostengünstige Weise erreicht wird, wobei die Vorrichtung kompakt und einfach montierbar und demontierbar ausgebildet sein soll und möglichst wenig Bauraum benötigen soll.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale ge­ löst.

Die erfindungsgemäße Leitungsverbindung besitzt ge­ genüber bekannten Lösungen den Vorteil, daß sie einfacher herstellbar und damit kostengünstiger ist. Darüber hinaus ist sie sehr kompakt und benötigt weniger Bauraum. Gleichzei­ tig ist sie auch einfacher zu montieren, denn erfindungsge­ mäß wird die Federeinrichtung lediglich von außen her in die Schlitze eingeführt. Ihre Wirkung entfaltet sie in dem Zwischenraum zwischen den beiden Anschlußstücken. Dies bedeutet, daß außenseitig nur ein sehr geringer Platz benö­ tigt wird. Durch die Federvorspannung der beiden Leitungs­ teile sind die beiden Rohre zwar von einer Weiterleitung von Schwingungen abgekoppelt, gleichzeitig sind jedoch ge­ ringe Relativbewegungen zueinander möglich.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig da be­ stellten Ausführungsbeispielen.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Verbin­ dungsvorrichtung;

Fig. 2 die Federeinrichtung in Seitenansicht;

Fig. 3 eine Ansicht der Verbindungsvorrichtung von vorne in Prinzipdarstellung;

Fig. 4 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Verbin­ dungsvorrichtung;

Fig. 5 einen Schnitt durch die Verbindungsvorrichtung mit einer Montagehilfe;

Fig. 6 eine Seitenansicht der Verbindungsvorrichtung mit einer drehsicheren Lagerung der Federeinrichtung;

Fig. 7 und Fig. 8 vergrößerte Schnittdarstellungen des Dichtungsbereiches der Verbindungsvorrichtung; und

Fig. 9 eine Seitenansicht der Verbindungsvorrichtung, wobei sich die beiden Federäste gegeneinander abstützen.

Die nachstehend beschriebene Vorrichtung dient nicht nur zum Verbinden von zwei Rohren, z. B. von Abgasrohren ei­ nes Kraftfahrzeuges, sondern auch zur Verbindung eines Abgasrohres mit einem Anschlußstutzen eines Abgasturbo­ laders als ein Leitungsteil.

Die Vorrichtung weist ein erstes Rohr 1 mit einem Endab­ schnitt 1a und einem Bund 2 auf. Der Bund 2 befindet sich an dem Endabschnitt 1a des Rohres 1 und stellt ein An­ schlußstück dar. Ein Rohr 3 mit einem Endabschnitt 3a soll mit dem Rohr 1 eine Leitungsverbindung herstellen, wobei der Endabschnitt 3a des Rohres 3 kugelförmig ausgebildet ist.

Das Anschlußstück bzw. der Endabschnitt 3a des Rohres 3 ist mit zwei sich gegenüberliegenden Schlitzen 4 in der Umfangswand versehen. In die beiden Schlitze 4 wird eine Federeinrichtung 5 eingeschoben. Die Federeinrichtung 5 ist im wesentlichen in U-Form aufgebaut, mit einem Basis­ teil 6 und daran sich rechtwinklig anschließenden Federä­ sten 7 (siehe Fig. 3). Wie z. B. aus Fig. 1 und Fig. 2 ersicht­ lich, ist jeder Federast 7 durch zwei Federastteile 7a und 7b gebildet, die im Prinzip wie Blattfedern wirken. Die auf bei­ den Seiten angeordneten Federastteile 7b stützen sich an dem Bund 2 des Rohres 1 ab, während sich die beiden Fe­ derastteile 7a an der Wand des Schlitzes 4 abstützen, die zu dem Rohr 1 gerichtet ist.

Damit die Verbindung gasdicht ist, muß zwischen den beiden Rohren 1 und 3 eine Dichteinrichtung vorgesehen sein. Die Dichteinrichtung kann z. B. als Dichtring 8 ausge­ bildet sein, der zwischen dem Bund 2 und dem kugelförmi­ gen Teil des Endabschnittes 3a eingelegt ist. Selbstverständ­ lich kann für eine erforderliche Abdichtung auch der Endab­ schnitt 1a des Rohres 1 in einer der Kugelform des Endab­ schnittes 3a entsprechenden Form gebildet sein. Wie er­ sichtlich, liegen damit auf einer Seite des Bundes 2 die Fe­ derastteile 7b und auf der anderen Seite der Dichtring 8 an.

In Fig. 2 ist die Lage des Federastteiles 7a im Ausgangs­ zustand gestrichelt dargestellt. Wie ersichtlich ergibt sich gegenüber dem eingebauten Zustand damit ein Federweg 9. Die Höhe der Vorspannkraft der Verbindung ist vom Feder­ weg 9 der Federeinrichtung 5 zwischen dem Ausgangszu­ stand und dem Einbauzustand nach der Montage abhängig. Über den Federweg 9 können auch die Fertigungstoleranzen der Einzelteile ausgeglichen werden.

Damit die Federeinrichtung 5 einwandfrei in dem Schlitz 4 liegt und damit auch eine für die Abkoppelwirkung der beiden Rohre 1 und 3 voneinander wichtige Rotationsbewe­ gung möglich ist, muß die Federeinrichtung 5 im Bereich der Federastteile 7a und 7b zylindrisch ausgeformt sein. Durch die Ausgestaltung des Endabschnittes 3a mit der Ku­ gelform liegt ein Kugelmittelpunkt 10 für Rotationsbewe­ gungen vor. Durch den Kugelmittelpunkt 10 muß gleichzei­ tig auch die Längsmittelachse 11 der Federeinrichtung 5 ge­ hen. Die beiden Federastteile 7a und 7b stützen sich im Be­ reich des größten Abstandes voneinander jeweils an der Wand des Schlitzes 4 bzw. dem Bund 2 ab. Durch die vorste­ hend beschriebene Ausgestaltung ist siehe gestellt, daß die Federeinrichtung 5 bei Bewegungen des Rohres 3 um den Kugelmittelpunkt 10 diese Bewegungen mitvollziehen kann. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß die Drehachse der Federeinrichtung 5 mit der Drehachse des Endabschnit­ tes 3a, nämlich der Drehachse, die senkrecht zur Zeichen­ ebene durch den Kugelmittelpunkt 10 geht, identisch sein muß.

Die Ausführungsform nach der Fig. 4 entspricht im we­ sentlichen der Rohrverbindung nach der Fig. 1. Der einzige Unterschied besteht lediglich darin, daß anstelle eines Bun­ des 2 auf dem Rohr 1 das Rohr selbst durch eine Falzung ei­ nen Wulst 12 aufweist.

In der Fig. 5 ist eine Montagehilfe dargestellt. Damit die beiden Rohre 1 und 3 bei der Montage im Fahrzeug nicht ge­ knickt werden, werden hierzu zwei zylindrische Halbscha­ len 13, vorzugsweise aus Kunststoff, zwischen das Rohr 1 und den Endabschnitt 3a des Rohres 3 eingeschoben. Durch die bei der Montage eingeschobenen Halbschalen 13 läßt sich die Verbindungsvorrichtung leichter und genauer mon­ tieren. Nach der Montage werden die beiden Halbschalen 13 an Laschen 14 herausgezogen und können wiederverwendet werden. Durch diese einfache Montagehilfe kann auf wei­ tere Stütz- oder Hilfsteile verzichtet werden.

Will man eine Verdrehsicherung in radialer Richtung der Federeinrichtung 5 erreichen, so muß für eine Lagefixierung der Federeinrichtung 5 gesorgt werden. Dies ist in der Fig. 6 dargestellt. Wie ersichtlich ist der Bund 2 bzw. der Wulst 12 in axialer Richtung im Bereich der Längsachse des Rohres 1 bzw. 3 mit einer axialen Einbuchtung 15 versehen. Gleiches gilt für die Wand des Schlitzes 4, an der der Federastteil 7a anliegt. Hier ist ebenfalls die Schlitzwand im Bereich der Mittellängsachse der beiden Rohre 1 und 3 mit einer Ein­ buchtung 16 versehen bzw. weist eine Einziehung oder Schrägstellung gegenüber einem Vertikalschnitt auf. Auf diese Weise liegen die beiden Federastteile 7a und 7b je­ weils in dem Bereich, in welchem sie den größten Abstand voneinander haben, in den Einbuchtungen 15 bzw. 16. Durch diese Maßnahme ist eine exakte radiale Ausrichtung gegeben.

Die dargestellte Federeinrichtung 5 ist aus einem einlagi­ gen Federstahl hergestellt. Wenn man die Federeinrichtung 5 aus einem mehrlagigen Federstahl herstellt, hat man die Möglichkeit, die Eigenschaften der Federeinrichtung 5 bes­ ser zu variieren und damit auch unterschiedliche Vorspann­ kräfte zu erzeugen. Darüber hinaus kann man die Federein­ richtung 5 auch aus Bimetall herstellen. Auf diese Weise werden die Eigenschaften der federbelasteten Rohrverbin­ dung temperaturabhängig und man kann die Schwingungs­ abkopplung auf mehrere Bereiche optimieren.

Für eine weitere Erleichterung bei der Montage kann die Federeinrichtung 5 an ihrem Basisteil 6 auch mit einem rechtwinklig von dem Basisteil 6 abgehenden Lappen oder einer Zunge 17 versehen sein. Auf die Zunge 17 kann die benötigte Montagekraft zum Einschieben der Federeinrich­ tung 5 aufgebracht werden. Um eine eventuell erforderliche Demontage zu erleichtern, kann die Federeinrichtung 5 im Bereich des Basisteiles 6 mit einer oder mehreren Öffnun­ gen oder Aussparungen 18 oder 19 versehen sein. Wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, befindet sich die Aussparung 18 im zentralen Bereich der Federeinrichtung 5. Setzt man einen Schraubendreher in die Aussparung 18, so kann die Feder­ einrichtung 5 auf diese Weise aus den Schlitzen 4 herausge­ hebelt werden. Anstelle einer zentralen Aussparung 18 kön­ nen auch zwei seitliche Aussparungen 19 vorgesehen wer­ den. In die beiden seitlichen Aussparungen 19 kann ein ent­ sprechend hakenförmiges Werkzeug eingehakt werden, wo­ mit die Federeinrichtung 5 ebenfalls aus den Schlitzen 4 her­ ausgezogen werden kann. Selbstverständlich ist auch eine Ausführungsform der Federeinrichtung 5 denkbar, welche sowohl die zentrale Aussparung 18 als auch die seitlichen Aussparungen 19 aufweist.

Soll vorgesehen werden, daß auch axiale Bewegungen der beiden Rohre 1 und 3 ausgeglichen werden, so kann hierfür eine tellerfederartige Einrichtung bzw. Tellerfeder 20 vorgesehen werden. Diese Ausgestaltung ist in den Fig. 7 und Fig. 8 dargestellt. Wie ersichtlich ist die Tellerfeder 20 zwischen dem Dichtring 8 und dem Bund 2 bzw. dem Wulst 12 des Rohres 1 angeordnet.

In der Fig. 7 ist die Normallage der Tellerfeder darge­ stellt, wobei mit "21" der Axialweg der Tellerfeder 20 bei ei­ nem Auftreten von Druckkräften dargestellt ist. In der Nor­ mallage ist die Tellerfeder 20 leicht vorgespannt. Durch die Tellerfeder 20 kann sich der Dichtring 8 je nach Belastung (Zug- oder Druckbelastung) auf den Bund 2 des Rohres 1 zu bewegen oder von ihm weg bewegen (Fig. 8). Dabei ändert auch die Tellerfeder 20 ihre Lage. Dies wird im Vergleich der beiden Fig. 7 und 8 ersichtlich. Mit "22" ist in der Fig. 8 der Axialweg der Tellerfeder 20 bei einem Auftreten von Zugkräften dargestellt.

In jedem Fall ist jedoch die Dichtheit der Verbindung ge­ währleistet, da die Tellerfeder 20 eine Linienberührung mit dem Dichtring 8 und ebenso mit dem Bund 2 des Rohres 1 hat. Auf diese Weise kann Abgas aus dem sich unterhalb der Tellerfeder 20 bildenden Raum nicht entweichen. Die Ab­ gasmenge, die in diesen Raum gelangt, ist darüber hinaus auch sehr gering, da zwischen dem Dichtring 8 und dem Rohr 1 nur ein kleiner, fertigungsbedingter Spalt vorhanden ist.

Zur besseren Darstellung ist in den Fig. 7 und Fig. 8 die Rohrverbindung vergrößert und ohne die Federeinrichtung 5 dargestellt. Außerdem sind die möglichen Axialwege des Dichtringes 8 überdimensioniert dargestellt, denn die tat­ sächlichen Bewegungen liegen nur in einem Bereich von ca. 1 bis 2 mm.

Die Fig. 9 zeigt eine Ausgestaltung der Verbindungsvor­ richtung, wobei sich die beiden Federäste 7a und 7b der Fe­ dereinrichtung 5 an ihren oberen Enden bzw. auf der dem U- Schenkel gegenüberliegenden Seite gegeneinander abstüt­ zen. Die Abstützstelle ist mit dem Bezugszeichen "23" ver­ sehen. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß die beiden oberen Hälften der Federarme 7a und 7b zum Erreichen ei­ ner gewünschten Federkraft beitragen. Auf diese Weise kann bei unveränderter Geometrie die erreichbare Feder­ kraft verdoppelt werden.

Die beiden Federarme können an der Abstützstelle 23 entweder fest miteinander verbunden werden, z. B. durch Schweißen, Nieten, Klammern, Schrauben, Spannen und dergleichen, oder auch lose aneinander gleiten. Wenn die beiden Arme der Federn lose aneinandergleiten, könnte dies zu Knarr- oder Quietschgeräuschen führen. Um dies zu ver­ hindern, kann eine nichtmetallische Gleitschicht auf einen der beiden Federarme 7a bzw. 7b aufgebracht werden. Ebenso kann man auch eine entsprechend gleitfähige Zwi­ schenlage zwischen die beiden Federarme an der Abstütz­ stelle 23 einlegen.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Verbinden von zwei rohrförmigen Leitungsteilen, insbesondere von Leitungsteilen in der Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges, die Endabschnitte bzw. Anschlußstücke aufweisen, wobei der Endabschnitt des einen Leitungsteiles den Endabschnitt des anderen Leitungsteiles mit einem radialen Abstand derart umgibt, daß eine Federeinrichtung in axialer Richtung zwischen die beiden Endabschnitte gespannt ist, und mit einer Dichtungseinrichtung zwischen den Endabschnitten, dadurch gekennzeichnet, daß der Endabschnitt (3a) des einen Rohres (3) mit wenigstens zwei Schlitzen (4) versehen ist, in die die Federeinrichtung (5) von außen eingeführt ist, wobei die in die wenigstens zwei Schlitze (4) eingeführten Teile der Federeinrichtung (5) jeweils wenigstens zwei Federäste (7) aufweisen, die beiden Federäste (7) jeweils wenigstens zwei in axialer Richtung hintereinanderliegende Federastteile (7a, 7b) aufweisen, und sich jeder Federastteil (7a, 7b) an einem Anschlag eines Endabschnittes (1a, 3a) abstützt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung (5) wenigstens annähernd eine U-Form aufweist, deren Schenkel als Federäste (7) in die sich gegenüberliegenden Schlitze (4) ragen, wobei sich jeweils ein Federastteil (7a) an einer Schlitzwand des Schlitzes (4) und der jeweils an­ dere Federastteil (7b) an einem Bund (2) des inne­ ren Endabschnittes (1a) abstützt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bund (2) aufgesetzt ist oder durch einen ange­ formten Wulst (12) gebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der von der Federeinrichtung (5) abgewandten Seite des Bundes (2) ein Dichtring (8) als Dicht­ einrichtung angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (8) eine kugelförmige Dichtfläche zu dem äußeren Endabschnitt (3a) aufweist, und daß zwischen dem Bund (2) und dem Dichtring (8) eine tellerfederartige Einrichtung (20) gespannt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur radialen Ausrichtung der Federeinrichtung (5) wenigstens einer der beiden Federäste (7) mit we­ nigstens einem Teilbereich in einer axialen Ein­ buchtung (15, 16) in einem der Endabschnitte (1a, 3a) anliegt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die eine axiale Einbuchtung (15) durch eine Ver­ tiefung in dem Bund (2) gebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die andere axiale Einbuchtung (16) durch eine Ein­ kerbung oder einen Teilschrägschnitt in einer Wand des Schlitzes (4) gebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung (5) im oberen Bereich mit einer in Längsrichtung der Leitungsteile gerichte­ ten Zunge (17) versehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung (5) in ihrem oberen Bereich mit wenigstens einer Aussparung (18, 19) versehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die beiden Federäste (7a, 7b) an ihren vom U- Bereich abgewandten freien Enden gegeneinander ab­ stützen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Montage der Federeinrichtung (5) zwischen die beiden Endabschnitte (1a, 3a) zwei zylindrische Halbschalen (13) einschiebbar sind.