DE19916943A1 - Flanschvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Vorrichtung betrifft eine Flanschvorrichtung zur Anbringung mindestens eines Rohres, insbesondere eines Abgasrohres, an einem Motorblock mit einem zum Befestigen des Rohres sowie zum bevorzugt lösbaren Anbringen am Motorblock ausgebildeten, massiven Flanschelement, das zum Zusammenwirken mit einer auf einer dem Motorblock abgewandten Oberfläche unlösbar befestigten, einen Gasführungskanal ausbildenden Leitungseinheit ausgebildet ist, wobei der langgestreckte Gasführungskanal der Leitungseinheit getrennt und in einem Abstand von dem Abgasrohr verläuft und einen mit einer Befestigungsöffnung des Flanschelementes fluchtenden, gegenüber im Inneren des Gasführungskanals gasdichten Durchgang, insbesondere für Verbindungsmittel zur Befestigung am Motorblock, anbietet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flanschvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1; eine derartige Vorrichtung ist etwa aus der DE 43 13 091 bekannt.

In Konzeption und Herstellung von Verbrennungsmotoren, ins­ besondere mit mehreren Zylindern und einer entsprechenden Mehrzahl von Abgasrohren, bietet die Verbindungseinheit zwischen Motorblock und den Enden der jeweiligen Abgasrohre in Form einer gattungsgemäßen Flanschvorrichtung zahlreiche technische Herausforderungen, etwa eine einfache und ökono­ mische Herstellbarkeit (Großserienteil) bei leichter Mon­ tage, geringem Gewicht und der zusätzlich oft gewünschten Funktion, neben der Anbindung von Auspuffkrümmern an den Motorblock auch eine zusätzliche Gasleitung, insbesondere als sog. Sekundärluft- oder Abgasrückführungsleitung, zu realisieren. Die als gattungsbildend herangezogene DE 43 13 091 weist zur Umsetzung der technischen Anforderungen eine die Mehr­ zahl von Austrittsöffnungen im Motorblock überdeckende Flanschplatte auf, die mit dem Motorblock verschraubbar ist, und an welcher dann die Auspuffrohre ansetzen. Die Ab­ gasrückführung wird durch eine auf der Flanschplatte befe­ stigte Haube realisiert, die in Form eines Tiefzieh-Blech­ teils im mittleren Bereich eine Wanne ausbildet, durch welche sich die Abgasrohre erstrecken. Im praktischen Be­ trieb umströmt dann mittels dieser Vorrichtung zugeführte Sekundärluft bzw. rückgeführtes Abgas im aufgelöteten In­ nenraum der Wanne die Mantelflächen der Rohre.

Eine derartige, bekannte Vorrichtung weist jedoch eine ganze Anzahl von technischen Nachteilen auf: So ist zum einen das großflächige, umfassende Verlöten der Tiefzieh- Blechhaube auf dem unterliegenden, großen Flanschstück technisch schwierig und führt potentiell zum Verziehen.

Auch wird durch die massive, ganzflächige Anordnung des unterliegenden Flanschstückes und die (aufgund des beträchtlichen Durchmessers der Auspuffrohre) breite Wanne durchaus beträchtlicher Raum am Motorblock von der Flanschanordnung benötigt, und letztendlich besitzt die Vorrichtung beträchtliches Gewicht.

Dazu kommt dann noch, dass, durch ein gemeinsames, die Mehrzahl von Auspufföffnungen im Motorblock überdeckendes Flanschelement, die gattungsgemäße Vorrichtung spezifisch auf die geometrischen und mechanischen Verhältnisse eines jeweiligen Motorblockes, einschließlich Lage und Anordnung von Abgasauslässen, Befestigungsbohrungen usw., angepasst sein muss, und dass andere Motorblockgeometrien, insbeson­ dere für eine andere Zylinderzahl, jeweils eine neu ange­ passte Flanschkonstruktion benötigen. Insoweit ist also das gattungsgemäß bekannte System zusätzlich unflexibel.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Flanschvorrichtung unter dem Oberbegriff des Anspruches 1 dahingehend weiterzubilden, dass diese eine einfachere Fer­ tigung und Montage, insbesondere auch mit weniger Aufwand und Verzug beim Löten, ermöglicht, hinsichtlich Platzbedarf und Gewicht vermindert ist und darüber hinaus flexibel für verschiedene Motorblockkonfigurationen anpass- und einsetz­ bar ist.

Die Aufgabe wird durch die Flanschvorrichtung mit den Merk­ malen der Patentansprüche 1 sowie 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass die als Gasführungskanal - für Sekundärluft oder Abgas­ rückführung - ausgebildete Leitungseinheit auf dem Flanschelement von dem Abgasrohr beabstandet verläuft; in­ soweit also sowohl die beim Hindurchführen der Abgasrohre durch die aus dem Stand der Technik bekannte Wannenkon­ struktion entstehenden Dichtungsprobleme vermieden werden (die insbesondere in den Abgas-Austrittsöffnungen durch die Wärmeentwicklung besonders gravierend sind), als auch trotzdem sichergestellt werden kann, dass nicht etwa zu­ sätzliche, neue Befestigungsbohrungen im Motorblock zur Anbringung der Flanschkonstruktion notwendig werden, son­ dern vielmehr übliche Befestigungsmittel, insbesondere Schrauben, durch die durch die Leitungseinheit gasdicht ge­ führten Durchgänge (Durchbrüche) in existierende Befesti­ gungsbohrungen im Motorblock eingesetzt werden können.

So ist es besonderes bevorzugt, das erfindungsgemäße Flanschelement nur für einen Abgasauslass im Motorblock, damit also auch nur für ein zugeordnetes Rohrende des Ab­ gasrohres, vorzusehen, und benachbarten Abgasauslässen wird jeweils ein solches, getrenntes Flanschelement zugeordnet. Die Gesamtheit der Flanschelemente lässt sich dann auf fertigungstechnisch einfache, volumen- und gewichtssparende Weise von einem (gemeinsamen) Leitungselement als Gasfüh­ rungskanal mechanisch und strömungstechnisch verbinden - der erforderliche Materialeinsatz für Flanschelemente und Leitungseinheit wird damit auf die rein notwendige Funktio­ nalität reduziert, und unnötiges Material wird effizient eingespart.

Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Er­ findung erfolgt eine effiziente Verbindung zwischen Motor­ block und Gasführungskanal durch in der Leitungseinheit bo­ denseitig (d. h. in Richtung auf den Motorblock hin) gebil­ dete Durchbrüche, durch das zwischenliegende Flanschelement hindurch. Nicht nur ist hiermit eine strömungstechnisch günstige Anbindung ermöglicht, auch reduziert sich der Fer­ tigungsaufwand hierfür auf ein Minimum.

Als weiterer fertigungstechnischer Vorteil erweist es sich zudem, dass die weiterbildungsgemäß rohrförmig ausgebildete Leitungseinheit, etwa mittels Innendruck-Herstellungstech­ nologien, in vorbestimmte Querschnittsformen gebracht werden kann, wobei weiter bevorzugt eine solche Rohreinheit endseitig durch einfaches Verpressen, ggf. zusätzliches Verlöten, gas- und druckdicht verschlossen werden kann. Da bei der vorliegenden Erfindung - im Gegensatz zum gat­ tungsbildenden Stand der Technik - Zu- und Abführung des zu leitenden Gases praktisch an beliebiger Stelle entlang der Leitungseinheit vorgesehen werden kann, erübrigen sich insbesondere aufwendige endseitige Zu- bzw. Ableitungen.

Ein besonderer herstellungstechnischer Vorteil erwächst aus der vorliegenden Erfindung auch durch die weiterbildungsge­ mäß realisierte eckige, konturierte Ausbildung des Durch­ gangs (Durchbruchs) im Gasführungskanal bzw. der zugeord­ neten Befestigungsöffnung im Flanschelement. Praktisch lässt sich auf diese Weise, insbesondere durch den Einsatz einer entsprechend querschnittlich geformten Hülse bzw. Büchse als Verbindungselement zum Ausbilden des Durchbruchs im Gasführungskanal, eine exakt, winklige Positionierung der Leitungseinheit relativ zum Flanschelement erreichen, so dass insbesondere beim (Hart-) Verlöten dieser Einheiten miteinander die Gesamteinheit zueinander positioniert bleibt und ein Verziehen vermieden werden kann.

Eine derartige, erfindungsgemäße Büchse ist besonders ge­ eignet mit quadratischem Querschnitt ausgebildet und reicht im montierten Zustand - durch die Höhe der Leitungseinheit hindurch - in das unterliegende Flanschelement hinein. Auch hier erfolgt eine Befestigung und Abdichtung bevorzugt durch Verlöten, etwa mittels geeignetem Kupferlot (bis 1100°C).

Auf die erfindungsgemäße Weise wird somit in fertigungs­ technisch einfacher Art eine Flanschvorrichtung realisiert, die gegenüber dem Stand der Technik beachtliche Gewichts-, Volumen- und Flexibilitätsvorteile realisiert, und die darüber hinaus die Gefahr des Verziehens (und damit von Passungenauigkeiten) beim Schweißen vermindert.

Durch eine praktisch an beliebige Auslasskonfigurationen eines Motorblocks anpassbare Verbindungen einzelner Flanschelemente lediglich mittels der gemeinsamen Leitungs­ einheit als Gasführungskanal, welcher zudem durch Innen­ hochdruckverfahren in einen gewünschten Innendurchmesser gebracht werden kann, ist es durch die vorliegende Erfin­ dung möglich, mit einem Minimum an vorgefertigten Teilen nahezu beliebige Variationen der erfindungsgemäßen Flanschvorrichtung für, etwa hinsichtlich Zylinderzahl, Zylindergruppierung usw. variierte Motorblocktypen herzu­ stellen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:

Fig. 1: eine Draufsicht auf die Flanschvorrichtung ge­ mäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2: eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie II-II in Fig. 1;

Fig. 3: eine Detailansicht des Endabschlusses der Se­ kundärluftleitung in Fig. 2 als Ausschnitt III in Fig. 2;

Fig. 4: eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie IV-IV in Fig. 1;

Fig. 5: eine Detailansicht der Schraubendurchführung durch die Sekundärluftleitung als Ausschnitt V in Fig. 4;

Fig. 6: eine alternative Realisierung einer Schrauben­ durchführung durch die Sekundärluftleitung;

Fig. 7: eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie VII-VII in Fig. 1 und

Fig. 8: eine Detailansicht einer bodenseitigen Zu- bzw. Ableitung in die Sekundärluftleitung als Aus­ schnitt VIII in Fig. 7.

Fig. 1 zeigt in der Draufsicht eine Flanschvorrichtung, bei welcher fünf in einer Reihe vorgesehene Flanschelemente 10 durch eine Leitungseinheit 12 als Sekundärluftleitung me­ chanisch und strömungstechnisch verbunden sind.

Genauer gesagt weist jedes der Flanschelemente 10 ein Paar von beidseits einer zentralen Öffnung 14 für einen Rohr­ krümmer 16 eines Abgasrohres gebildeten Befestigungsbohrun­ gen 18 auf, die zum Einsetzen zugehöriger Befestigungs­ schrauben 20 (Fig. 4) und zum Einschrauben in fluchtend vorgesehene Innengewinde 22 in einem unterliegenden Motor­ block 24 vorgesehen sind.

Wie insbesondere aus der Schnittansicht quer zur Verlaufs­ richtung der Leitungseinheit 12 in Fig. 4 erkennbar ist, sitzt das Ende des Rohrkrümmers 16 in ansonsten bekannter Weise im massiven Flanschelement 10 und ist durch dieses dichtend am Auspuffauslass des Motorblockes 24 gehalten. Die als Rohrleitung mit rechteckigem Querschnitt und gerun­ deten Kanten ausgebildete Leitungseinheit 12 verläuft in einem seitlichen Abstand von den jeweiligen Rohrkrümmeren­ den 16, ist beidends endseitig durch Verpressen einer oberen Querseite 26 auf die bodenseitige Querfläche 28 (Fig. 3) und durch nachfolgendes, endseitiges Verlöten gas­ dicht verschlossen. Besonders geeignet ist damit die Lei­ tungseinheit 12 einstückig aus einem geeigneten (gerundeten) Vierkantrohr gebildet.

Besonders vorteilhaft ist es zudem im Rahmen der vorliegen­ den Erfindung, dass das Vorsehen der Leitungseinheit 12 be­ abstandet und getrennt von den Rohrkrümmern 16 - trotz der kleinen Oberflächen der einzelnen Flanschelemente 10 - keine Neupositionierung der Anordnung der Befestigungsboh­ rungen 18 im jeweiligen Flanschelement 10 benötigt: Wie insbesondere aus der Schnittansicht der Fig. 4 bzw. den Detailansichten der Fig. 5 und 6 erkennbar ist, sind näm­ lich durch die Leitungseinheit 10 querschnittlich hindurch­ reichende Durchbrüche in Form einer Vierkantbüchse 30 vor­ gesehen, die -- mit querschnittlich quadratischer Innen- und Außenkontur -- dichtend durch die Leitungseinheit 12 im Bereich der jeweiligen Befestigungsbohrungen 18 bis in das Flanschelement 10 (wo die zugehörige Befestigungsbohrung ebenfalls eine vierkantförmige Kontur aufweist) hindurch- bzw. hineinreicht. Die gasdicht mit der Leitungseinheit 10 verlötete Büchse 30 ermöglicht damit das Hindurchführen der in Fig. 5 gezeigten Befestigungsschraube 20 durch Leitungs­ einheit 12 und Flanschelement 10 hindurch bis in den unter­ liegenden Motorblock und zur Verschraubung mit einem dort vorgesehenen Innengewinde 22.

Die Detailansicht der Fig. 6 zeigt eine alternative Ausge­ staltung der Leitungseinheit 12: Die hier gezeigte Lei­ tungseinheit 32 gemäß dieser Ausführungsform weist im seit­ lichen Bereich eine kreisbogenförmige Kontur auf, ist je­ doch bodenseitig (d. h. in Richtung auf das unterliegende Flanschelement 10) ebenso abgeflacht, wie die im Zusammen­ hang mit Fig. 5 beschriebene erste Ausführungsform. Auch die Befestigung der Vierkantbüchse 30 entspricht der Vorge­ hensweise in Fig. 5.

Unter Bezug auf die Fig. 7 und 8 wird nachfolgend die Zu­ leitung für Sekundärleitung aus bzw. in die Leitungseinheit 12 erläutert; zu diesem Zweck sind im Motorblock 24 Zufüh­ rungsbohrungen 34 gebildet, die mit (bevorzugt kreisförmi­ gen) Durchbrüchen im auf dem Motorblock aufliegenden Flanschelement 10 fluchten, und welche im montierten Zu­ stand der Fig. 7 selbst wiederum mit einer bodenseitigen Öffnung 36 in der Leitungseinheit 12 fluchten, so dass auf diesem Wege ein konstruktiv einfacher und strömungstech­ nisch günstiger Gasfluss erreicht ist. Aus der Detailan­ sicht der Fig. 1 ergibt sich zudem die umlaufende, beidsei­ tige Verlötung 38 der Leitungseinheit 12 gegenüber dem unterliegenden Flanschelement 10, was für die stabile Ver­ bindung der Mehrzahl von Flanschelementen 10 am gemeinsamen Leitungsrohr 12 sorgt.

Die vorbeschriebene, vierkantförmige Büchsen- bzw. Hülsen­ anordnung zum Erreichen eines Durchbruches für die Befesti­ gungsschraube 20 bis in den Motorblock hinein ermöglicht jedoch nicht nur das vorteilhafte Verwenden bereits vorhan­ dener Befestigungsbohrungen und Innengewinde in den unter­ liegenden Einheiten, auch sorgt die kantige Form für eine winkelgenaue Positionierung der einzelnen Elemente (d. h. Leitungseinheit 12 und unterliegendes Flanschelement 10) zueinander, was sich positiv insbesondere auch beim Verlö­ ten zwischen diesen Elementen auswirkt: Durch die in Fig. 5 im Detail gezeigte, bis in das Flanschelement 10 mit einer zugeordneten vierkantförmigen Ausnehmung 18 hineinreichende Büchse 30 ist die genaue Relativposition zwischen der Mehrzahl von Flanschelmenten 10 und der gemeinsamen Leitungseinheit 12 fixiert, und ein Verziehen oder Verdre­ hen im Lötofen ist weitestgehend ausgeschlossen.

Auf die gezeigte Weise lassen sich somit die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile in eleganter Weise überwin­ den, und, je nach Konfiguration der Abgasöffnungen am Motorblock, verbindet die gemeinsame Leitungseinheit 12 flexibel und motortypspezifisch angeordnete, ansonsten ge­ trennte Flanschelemente 10 für jeden einzelnen Abgasaus­ lass, ermöglicht also höchstmögliche Flexibilität und An­ passung.

Claims (11)

1. Flanschvorrichtung zur Anbringung mindestens eines Rohres (16), insbesondere eines Abgasrohres, an einem Motorblock (24) mit einem zum Befestigen des Rohres sowie zum bevorzugt lösbaren Anbringen am Motorblock ausgebildeten, mas­ siven Flanschelement (10), das zum Zusammenwirken mit einer auf einer dem Motorblock abgewandten Oberfläche unlösbar befestigten, einen Gasführungskanal ausbil­ denden Leitungseinheit (12) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der langgestreckte Gasführungskanal der Leitungsein­ heit getrennt und in einem Abstand von dem Abgasrohr verläuft und einen mit einer Befestigungsöffnung (18) des Flanschelements fluchtenden, gegenüber dem Inneren des Gasführungskanals gasdichten Durchgang (30), insbesondere für Verbindungsmittel zur Befe­ stigung am Motorblock, anbietet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Flanschelement einen als Ein- und/oder Aus­ lass wirkenden Durchbruch (36) aufweist und der Gas­ führungskanal zu diesem Durchbruch hin geöffnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Leitungseinheit als langgestreck­ tes, rohrförmiges Element mit im Querschnitt flansch­ seitig gebildeter Flachseite ausgebildet ist, das zu­ mindest einends insbesondere durch Verpressen und/oder Verlöten geschlossen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungseinheit durch ein Innendruckverfahren in eine gewünschte Quer­ schnittsform gebracht wurde.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekenn­ zeichnet durch eine Mehrzahl von Flanschelementen (10), die voneinander getrennt einem jeweiligen Rohr zugeordnet und durch die Leitungseinheit (12) mit­ einander verbunden sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der im Gasführungskanal gebil­ dete Durchgang sowie die zugeordnete Befestigungs­ öffnung im Flanschelement eine mindestens eine fluch­ tende Flachseite aufweisende Querschnittskontur auf­ weisen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittskontur rechteckig, insbesondere quadratisch, ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der im Gasführungskanal gebil­ dete Durchgang mittels einer bevorzugt querschnitt­ lich rechteckigen Büchse realisiert ist, die durch den Gasführungskanal hindurchreicht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Büchse im montierten Zustand bis in die Be­ festigungsöffnung im Flanschelement hineinreicht.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Flanschelement und die Lei­ tungseinheit durch ein Lötverfahren, insbesondere Hartlöten, miteinander verbunden sind.

11. Flanschvorrichtung zur Anbringung mindestens eines Rohres (16), insbesondere eines Abgasrohres, an einem Motorblock (24) mit einem zum Befestigen des Rohres sowie zum bevorzugt lösbaren Anbringen am Motorblock ausgebildeten, mas­ siven Flanschelement (10), das zum Zusammenwirken mit einer auf einer dem Motorblock abgewandten Oberfläche unlösbar befestigten, einen Gasführungskanal ausbil­ denden Leitungseinheit (12) ausgebildet ist, gekenn­ zeichnet durch eine Mehrzahl von Flanschelementen (10), die voneinander getrennt einem jeweiligen Rohr zugeordnet und durch die Leitungseinheit (12) mecha­ nisch und strömungstechnisch miteinander verbunden sind.