DE3043363C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung für ein isolierendes flexibles Wellrohr in einem Abgassystem für Verbrennungsmotoren von Kraftfahr­ zeugen, wobei die Befestigungsanordnung einen inneren Stutzen, einen dazu konzentrischen äußeren Stutzen und einen dazwischenliegenden Ringraum besitzt, in welchem das Rohr eingesetzt ist.

In der deutschen Gebrauchsmusterschrift G 71 36 066 ist eine aus Wellrohren gebildete Rohrleitung für schwingungsbehaftete Verbindungen, wie für Auspuff­ anlagen von Kraftfahrzeugen beschrieben. Das Befesti­ gungsende der Rohrleitung ist in einem durch zwei Befestigungsstutzen gebildeten Ringraum aufgenommen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine auch bei sehr hohen Temperaturen, wie sie am Einlaß eines katalytischen Dreiwege-Konverters gefordert werden, haltbare Befestigungsanordnung für die Enden des Wellrohrs zu schaffen, welche zudem einfach aufgebaut und in der Anschaffung billig ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß an einer gattungs­ gemäßen Befestigungsanordnung dadurch gelöst, daß der Ringraum einen Wandabstand aufweist, der größer ist als die Wanddicke des Rohres, daß das Rohr mit seiner Innenwand an der Außenwand des inneren Stutzens anliegt und daß der freibleibende Zwischen­ raum zwischen der Außenwand des Rohres und der Innenwand des äußeren Stutzens mit feuerfestem Zement ausgefüllt ist.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Ende des äußeren Stutzens mit einer Klemme umspannt ist, welche einen abgesetz­ ten Abschnitt aufweist, der das Rohr leicht zusammen­ drückt und den zementgefüllten Zwischenraum abschließt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen 3 bis 5 zu entnehmen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schemaansicht eines Kraftfahrzeugs mit Abgassystem und erfindungsgemäß befestigtem Wellrohr,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts des Wellrohrs, und

Fig. 3 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung.

Fig. 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 2′ mit Motor 4′. Die Abgase, welche die unerwünschten Schmutzstoffe aufweisen, werden vom Motor 4′ durch die Abgaszweig­ leitung 6′ zum Auslaß 34 abgezogen, welcher mit einem wesentlichen Bauteil gemäß der Erfindung verbunden ist, nämlich einem isolierenden flexiblen Rohr 26 in Art eines Wellrohrs. Dieses Rohr 26, welches nachfolgend noch näher beschrieben ist, hält ausreichend Wärme in den Abgasen zurück, so daß diese, wenn sie den Einlaß des katalytischen Konverters erreichen, noch eine Temperatur besitzen, welche groß genug ist, um den Dreiwege-Katalysator zu aktivieren, so daß dieser mit vollem Wirkungsgrad arbeitet. Der Dreiwege-Katalysator funktioniert dann in der üblichen Weise, um den Anteil an Stick­ stoffoxiden, unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenstoffmonoxid auf das gewünscht niedrige Maß zu reduzieren. Die gereinigten Gase werden dann in die Atmosphäre durch die üblichen Bestandteile eines Abgassystems abgeführt, nämlich über die Abgasrohre 16′, 20′ und 24′, den Auspufftopf 18′ und den Resonator 22′.

Das isolierende, flexible Rohr 26 stellt ein passives Bauteil im System dar, da es keine beweglichen Teile oder aktiven Elemente aufweist, welche perio­ disch ausgetauscht und/oder gewartet werden müssen. Das Rohr 26 ist an alle Arten von Kraftfahrzeugen und andere mit Verbrennungsmotoren ausgerüstete Fahrzeuge anpaßbar, ohne daß spezielle Abwandlungen und Gestaltungen für unterschiedliche Motoren und Fahrzeuge erforderlich wären.

Das Rohr 26 ist im Detail in Fig. 2 dargestellt. Dessen durch den Terminus "flexibel" definierten strukturellen Eigenschaften umfassen auch eine halbflexible Ausführungsform, was hier die Bedeutung besitzt, daß das auf eine gewünschte Krümmung in einfacher Weise biegbare Rohr auch ein ausreichendes Maß an Steifigkeit hat, diese Krümmung beizubehalten, obgleich das Rohr nachfolgend den bei einem Fahrzeug üblichen Vibrationsbelastungen ausgesetzt ist. Die letztgenannte Ausführungsform ist bevorzugt. Das Rohr 26 umfaßt einen inneren flexiblen Metall­ schlauch 28, welcher einen Innendurchmesser einer Größe aufweist, die als Optimum für den speziellen Motor bestimmt ist, an dem das Abgassystem angeschlos­ sen werden soll. Ein kennzeichnender Innendurchmesser des Rohrs beträgt ungefähr 2,5 oder 3,8 bis 7,6 oder 10,2 cm (1 oder 1,5 bis 3 oder 4 Zoll). Ein äußerer flexibler Metallschlauch 30 umgibt den inneren Metallschlauch 28 und ist zu diesem im wesentlichen koaxial, jedoch mit einem Abstand dazu angeordnet; er ist zweckmäßigerweise aus demselben Material wie der innere Schlauch 28, jedoch mit einem größeren Durchmesser hergestellt.

Der Ringraum zwischen den beiden flexiblen Schläuchen 28 und 30 ist mit einer Wärmeisolierung 32 gefüllt. Geeignet ist ein thermisches Isoliermaterial, welches den hohen Temperaturen der Abgase standhalten kann, aber ausreichend flexibel ist, um entsprechend den gewünschten Krümmungen des flexiblen Rohrs gebogen werden zu können, ohne daß hierdurch die Isolierfähigkeit wesentlich herabgesetzt wird. Die Wärmeisolierung 32 füllt vollständig den Ringraum zwischen den Schläuchen 28 und 30 aus. Normalerweise weist sie eine Stärke von 0,6 bis 1,9 cm (0,25 bis 0,75 Zoll) auf. Es hat sich gezeigt, daß diese Isolierstärken geeignet sind, um den Wärmeverlust der Abgase derart zu minimieren, daß dann, wenn die Gase das Ende des flexiblen Rohrs 26 und den Einlaß des katalytischen Konverters 14′ erreichen, eine ausreichende Wärmemenge vorhanden ist, um die light-off Temperatur für den Dreiwege-Katalysator im katalytischen Konverter 14′ aufrechtzuerhalten. Diese Isolierstärken ergeben einen Außendurchmesser des flexiblen Rohrs 26 in einer Größe von ungefähr 3,8 bis 14 cm (1,5 bis 5,5 Zoll) .

Der innere flexible Metallschlauch 28 kann aus irgendeinem geeigneten Metall hergestellt sein, welches zu dem flexiblen Schlauch gerollt oder in sonst einer Weise geformt sein kann und Tempera­ turen der Größe von 315°C bis 870°C (600°F bis 1600°F), also üblichen Temperaturen von Verbrennungs­ abgasen standhalten kann. Als besonders bevorzugtes Metall wird für den inneren flexiblen Schlauch 28 ein rostfreier Stahl verwendet, welcher den Vorteil besitzt, relativ billig und leicht verfügbar zu sein. Die rostfreien Stähle sind auch üblicherweise sehr widerstandsfähig gegen Korrosion und Erosion durch die heißen Verbrennungsabgase.

Der flexible Schlauch 28 wird nach einem geeigneten Verfahren, vorzugsweise nach Maßgabe der US-Patente 36 21 884 37 08 867, 37 53 363, 37 58 139, 37 94 364 und/oder 38 65 146 hergestellt. Ein derartiger flexibler Metallschlauch ist im Handel von der Johns-Manville Corp. unter dem Warenzeichen "FLEX-MET" beziehbar. Die Stärken des Metallblechs des flexiblen Schlauchs 28 werden je nach der gewünschten Flexibili­ tät sowie nach dem gewünschten Maß des Erosions- bzw. Vibrationswiderstands gewählt. Üblicherweise besitzt das Metallblech eine Stärke von ungefähr 0,05 bis 0,15 mm (2 bis 6 mil).

Der äußere flexible Metallschlauch 30 ist vorzugsweise aus einem Metallblech derselben Art und Abmessung wie der Innenschlauch 28 hergestellt. Da der äußere Schlauch 30 nicht unmittelbar den Abgasen ausgesetzt ist, und da dieser auch keinen Temperaturen in der Größe ausgesetzt ist, wie es beim Innenschlauch 28 der Fall ist, kann der äußere Schlauch 30 bei Bedarf aus einem Metall, nach einer Bauart und mit einer Abmessung hergestellt sein, welche eine geringere Resistenz gegenüber Temperatur, Erosion und Korrosion besitzen, wie beispielsweise aus Aluminiumblech. Allerdings ist der äußere Schlauch 30 unmittelbar physikalischen Abnutzungserscheinungen ausgesetzt, wie beispielsweise Steinen, Kies oder anderen Teilchen, welche beim Fahren des Fahrzeugs durch die Reifen hochgeschleudert werden; ferner ist er der Korrosion ausgesetzt, welche durch Leckage von Öl oder anderen Motorflüssigkeiten bedingt ist, welche auf das Rohr 26 gelangen oder durch Regenwasser und Salzwasser bei regennasser oder schneeglatter Fahrbahn, welche gesalzt oder gesandet worden ist sowie anderen schädlichen Umwelteinflüssen. Infolgedessen wird auch für den äußeren Schlauch vorzugsweise rostfreier Stahl mit einer Blechstärke verarbeitet, welche das gewünschte Maß an Flexibilität, wie beim Innenschlauch 28 gewährleistet.

Das Wärmeisoliermaterial 32, welches im isolierten semi-flexiblen Rohr 26 verwendet wird, ist eine Wärmeisolierung, welche Abgastemperaturen von 315°C bis 870°C (600°F bis 1600°F) standhalten kann und ist vorzugsweise ein faserartiges Material; daneben können aber auch granulare Isoliermaterialien fallweise Verwendung finden. Obgleich Wirkstoffe, wie etwa Asbestfasern, einige Glas- und Quarzfasern, Kohlenstoffasern und einige Metallfasern Betriebstem­ peraturen standhalten, welche für die Verwendung nach Maßgabe der Erfindung geeignet sind, werden aus ökonomischen Gründen sowie wegen des thermischen Leistungsvermögens und der Verfügbarkeit "feuerfeste" Fasern verwendet, welche überwiegend aus Siliciumdioxyd und Aluminiumoxid, wahlweise mit geringen Anteilen von anderen Oxiden hergestellt sind. Besonders bevorzugt sind Aluminosilikat-Fasern, welche aus Schmelzen hergestellt sind, und welche 40 bis 60 Gewichtsprozent Siliciumdioxid, 40 bis 60 Gewichtspro­ zent Aluminiumoxid und 0 bis 10 Gewichtsprozent von Oxiden, wie Chromoxid, Eisenoxid, Kalziumoxid, Magnesiumoxid, Natriumhydroxid, Kaliumoxid, Titanoxid, Boroxid und/oder Mischungen dieser Oxide beinhalten. Ein geeigneter Faserwerkstoff enthält 54,0% Silicium­ dioxid, 45,5% Aluminiumoxid und 0,5% anderer Oxide; diese Fasern sind im Handel über die Johns-Manville Corp. unter dem Warenzeichen "CERAFIBER" verfügbar; sie besitzen eine Betriebstemperatur von 1315°C (2400°F). Bei einem anderen geeigneten Faserwerk­ stoff sind die Fasern aus ungefähr 50% Siliciumdioxid, 40% Aluminiumoxid und 10% gebranntem Dolomit (gemisch­ tes Kalziumoxid und Magnesiumoxid) zusammengesetzt; sie sind im Handel über die Johns-Manville Corp. unter dem Warenzeichen "CERAWOOL" verfügbar; sie besitzen eine Betriebstemperatur von 870°C (1600°F). Bei einem anderen geeigneten Faserwerkstoff enthalten die Fasern ungefähr 55% Siliciumdioxid, 40,5% Alumi­ niumoxid, 4% Chromoxid und 0,5% andere Oxide; diese Fasern sind im Handel über die Johns-Manville Corp. unter dem Warenzeichen "CERACHROME" verfügbar; sie besitzen eine Betriebstemperatur von 1430°C (2600°F).

In Fig. 3 ist eine Einrichtung zur Befestigung des flexiblen Rohrs 26 an einer Abgaszweigleitung und/oder dem Einlaß des katalytischen Konverters dargestellt. Das Auslaßrohr der Abgaszweigleitung ist mit dem Bezugszeichen 34 und der Montageflansch mit dem Bezugszeichen 36 gekennzeichnet. In den Innenschlauch 28 des Rohrs 26 ist ein mit einem Flansch 42 ausgebildetes Endelement 38′ eingesetzt. Das Endelement 38′ besitzt einen inneren Stutzen 40′, auf welches der Innenschlauch 28 aufgesteckt ist. Eine übliche Dichtung 44 ist zwischen den Flanschen 36 und 42 angeordnet. Die einander gegenüber­ liegenden Flansche werden dann in konventioneller Weise mittels Bolzen 46 und Muttern 48 verbunden.

Das Endelement 38′ ist mit einem äußeren Stutzen 54 ausgebildet, dessen Länge jener des inneren Stutzens 40′ entspricht. Der äußere Stutzen 54 ist koaxial und in einem Abstand zum inneren Stutzen 40′ angeordnet. Dieser Abstand ist etwas größer als die Wanddicke des Rohrs 26, so daß das Ende des Rohrs 26 über den inneren Stutzen 40′ geschoben und in den Ringraum 56 zwischen innerem Stutzen 40′ und äußerem Stutzen 54 eingesetzt werden kann, wobei ein freier Ringraum 58 zwischen dem Außenschlauch 30 und der Innenfläche des äußeren Stutzens 54 verbleibt. Nach dem Einsetzen des Rohrs 26 in den Ringraum 56 wird der verbleibende Ringraum 58 mit einem feuerbeständigen Zement 60 gefüllt. Dieser Zement 60 fließt in die Rillen des äußeren Schlauches 30 und sichert in effektiver Weise das Rohr 26 in seiner Lage zwischen dem inneren Stutzen 40′ und dem äußeren Stutzen 54. Es kann zweckmäßig sein, das Ende des äußeren Stutzens 54 mit einer Klemme 62 zu umspannen, welche einen abgesetzten Abschnitt 64 aufweist, der das Rohr 26 leicht zusammen­ drückt und welcher zum Abschließen und Halten der Zementfüllung im Ringraum 58 dient.

Obgleich die obigen Ausführungen zu Fig. 3 in Zusammen­ hang mit der Befestigung des flexiblen Rohrs 26 an der Abgaszweigleitung 6′ abgefaßt ist, ist es sofort deutlich, daß exakt der gleiche Aufbau für die Befestigung des Auslaßendes des flexiblen Rohrs 26 an einen mit einem Flansch versehenen Einlaß des katalytischen Konverters 14′ verwendet werden kann. In diesem Fall würden die Flanschteile 34, 36 den Einlaß des katalytischen Konverters 14′ gegenüber dem Auslaß der Abzweigleitung 6′ repräsen­ tieren.

Alternativ können der katalytische Konverter 14′ oder die Abgaszweigleitung 6′ oder beide mit einer mit einem Stutzen versehenen Anordnung ohne Flansch verbunden sein, welche also im wesentlichen denselben Aufbau wie das Endelement 38′, jedoch ohne Flansch 42 aufweisen. Das flexible Metallrohr könnte dann unmittelbar an den Auslaß der Abzweigleitung und/oder den Einlaß des katalytischen Konverters 14′ in der in Fig. 3 beschriebenen Weise angeschlossen werden.

Bei Verwendung des Rohrs 26 in einem Automobil-Abgas­ system wird die Länge des Rohrs 26 zwischen Abgaszweig­ leitung 6′ und katalytischem Konverter 14′ auf der Basis von Wirtschaftlichkeitsüberlegungen und in Abhängigkeit von Form und Aufbau des Motors und des Fahrzeugs gewählt. Allerdings darf die Länge des Rohrs 26 nicht zu groß sein, so daß die Temperatur der Gase am Auslaßende des Rohrs unterhalb 370°C (700°F) fällt, welches die minimale Temperatur ist, die für den richtigen Betrieb des katalytischen Dreiwege-Konverters 14′ erforderlich ist.

Claims (5)

1. Befestigungsanordnung für ein isolierendes flexi­ bles Wellrohr in einem Abgassystem für Verbrennungs­ motoren von Kraftfahrzeugen, wobei die Befestigungs­ anordnung einen inneren Stutzen (40′), einen dazu konzentrischen äußeren Stutzen (54) und einen dazwischenliegenden Ringraum (56) besitzt, in welchem das Rohr (26) eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (56) einen Wandabstand aufweist, der größer ist als die Wanddicke des Rohres (26), daß das Rohr (26) mit seiner Innenwand an der Außenwand des inneren Stutzens (40′) anliegt und daß der freibleibende Zwischenraum (58) zwischen der Außenwand des Rohres (26) und der Innenwand des äußeren Stutzens (54) mit feuerfestem Zement (60) ausgefüllt ist.

2. Befestigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des äußeren Stutzens (54) mit einer Klemme (62) umspannt ist, welche einen abgesetzten Abschnitt (64) aufweist, der das Rohr (26) leicht zusammendrückt und den zementgefüllten Zwischen­ raum (58) abschließt.

3. Befestigungsanordnung nach Anspruch 1 oder An­ spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie an ihrem dem freien Ende des inneren Stutzens (40′) gegenüberliegenden Ende einen Flansch (42) besitzt.

4. Befestigungsanordnung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (26) einen Innenschlauch (28) und einen damit koaxial ausgerichteten äußeren Schlauch (30) aufweist und daß eine den Schlauchzwischenraum füllende Wärmeisolierung (32) vorgesehen ist.

5. Befestigungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeisolierung (32) als Faserisolierung ausgebildet ist, welche gegen Temperaturen im Bereich von 315°C bis 870°C beständig ist.