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Die Erfindung betrifft eine luftspaltisolierte Abgasleitung, mit wenigstens einem innen liegenden Abgas führenden Kanal, der durch eine Innenwand begrenzt ist, und einer von der Innenwand über einen Luftspalt beabstandeten Außenwand, wobei die Abgasleitung wenigstens einen Einlass und wenigstens einen Auslass aufweist.
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Luftspaltisolierte Abgasleitungen sind z. B. Abgaskrümmer oder Katalysatoren oder Schalldämpfer. Abgaskrümmer haben oft mehrere Einlässe, die dann in einem Sammelabschnitte zusammengeführt werden und in einem einzigen Auslass münden. Im Bereich des Ein- und des Auslasses sind die Innen- und die Außenwand aneinander befestigt, meist indem an einem Ende ein Schiebesitz und am anderen Ende ein Festsitz vorhanden ist. Über diese Kombination von Schiebesitz und Festsitz sollen die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen von Innenwand und Außenwand kompensiert werden. Im Bereich des Ein- und des Auslasses liegen die Innen- und die Außenwand entweder aneinander an unter Bildung eines Schiebesitzes oder sind unmittelbar aneinandergeschweißt. Alternativ kann auch ein Flanschteil vorgesehen sein, an dem eines oder beide Wände angeschweißt sind, sodass entweder ein Schiebesitz oder ein Festsitz gebildet ist.
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Darüber hinaus gibt es noch luftspaltisolierte Abgaskrümmer, bei denen zwischen der Innen- und der Außenwand ein Zwischenblech vorgesehen ist, wie dies beispielsweise in der
EP 1 864 006 B1 gezeigt ist. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung betrifft diese keine solchen mit Zwischenblechen vorgesehenen Abgasleitungen, vielmehr soll die Erfindung insbesondere zwischenblechfreie Abgaskrümmer zum Gegenstand haben.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Innenwand und die Außenwand auch bei hohen Temperaturunterschieden sicher voneinander zu trennen und dennoch eine hohe Beweglichkeit der Teile zueinander zu erlauben, um Temperaturausdehnungen zu ermöglichen und Spannungen zu reduzieren.
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Die Aufgabe wird durch eine luftspaltisolierte Abgasleitung der eingangs genannten Art gelöst, bei der die Innenwand durch ein an der Innenwand und der Außenwand angeschweißtes oder angelötetes Halteblech befestigt ist, welches durch ein separates Teil gebildet ist, wobei die Innen- und die Außenwand am Ein- und Auslaß über einen Schiebesitz verbunden sind. Dieses Halteblech isoliert die Innen- und die Außenwand besser voneinander, als dies im Stand der Technik beispielsweise durch Ausbuchtungen der Innenwand erreicht wird, die dann direkt die Außenwand kontaktieren. Hier kommt es nämlich im Bereich der Kontaktstellen zu hohen Spannungen, denn die Energie an der Innenwand im Bereich der Ausbuchtung kann direkt in die Außenwand eingeleitet werden. Dies belastet vor allem Schweiß- und Lötstellen. Durch das Halteblech, welches als separates Teil ausgeführt ist, können diese unmittelbaren Wärmebrücken verhindert werden. Darüber hinaus wird durch diese feste Verbindungsstelle, die vorzugsweise deutlich beabstandet vom Ein- und Auslass angeordnet ist, eine sichere Beabstandung der Innen- und der Außenwand voneinander erreicht, und es ist möglich, im Ein- und Auslassbereich mit Schiebesitzen zu arbeiten, wodurch die Wände radial zueinander fest positioniert sind, also sich seitlich aneinander abstützen können.
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Wenn, wie die bevorzugte Ausführungsform es vorsieht, der Abstand zwischen dem Halteblech und dem Ein- und Auslass wenigstens 50 mm, weiter vorzugsweise wenigstens 100 mm beträgt, kann sich die unterschiedliche Wärmeausdehnung von Innen- und Außenwand auf zwei relativ großen Hälften aufteilen, die durch das Halteblech gebildet werden. Das Halteblech liegt nämlich zwischen Ein- und Auslass, sodass sich die Wärmedehnung zwischen Einlass und Halteblech einerseits über einen ersten Schiebesitz ausgleichen lässt und andererseits zwischen Halteblech und Auslass über einen zweiten Schiebesitz.
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Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist nur ein einziges Halteblech vorgesehen. Das Halteblech ist ein Teil, welches sich nicht um das Innenrohr erstreckt, sondern nur lokal, an einem Teilabschnitt des Umfangs Innen- und Außenwand miteinander koppelt.
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Das Halteblech erstreckt sich deshalb insbesondere nur über maximal 15% des Umfangs der Innenwand, und zwar quer zur Strömungsrichtung im Kanal gemessen.
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Bis auf den Ein- und Auslass sind die Innen- und die Außenwand vollständig voneinander beabstandet, das heißt, es sind keine Ausbauchungen oder Eindrückungen vorgesehen, durch die noch ein direkter Kontakt zustande käme.
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Das Halteblech sollte von der Anschweiß- oder Anlötstelle an der Außenseite der Innenwand schräg zur Oberfläche an der Außenseite im Bereich der Anschweißstelle zur Außenwand verlaufen. Durch diese Schrägstellung desjenigen Halteblechabschnitts, der die Innen- und die Außenwand überbrückt, ist ein Einfedern des Halteblechs bei Temperaturausdehnung möglich. Darüber hinaus wird die Länge dieses überbrückenden Abschnitts, der weder an der Innen- noch an der Außenwand anliegt, größer. Durch die größere Länge ergibt sich eine schlechtere Wärmeleitung, sodass sich das Halteblech im Luftspalt abkühlt und die Außenwand weniger wärmebelastet ist.
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Das Halteblech sollte wenigstens ein abgewinkeltes Ende haben, das zum Beispiel flächig an der Innen- oder Außenwand anliegt, und in diesem Bereich an der Innen- bzw. Außenwand angeschweißt oder angelötet sein. Durch diese an die Oberfläche angepasste Abwinklung kann ein besseres Löten oder Schweißen erreicht werden.
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Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das Halteblech zwei Enden und einen von den Enden abgewinkelten Zwischenbereich hat, wobei es mit den Enden an der Innen- oder an der Außenwand befestigt und mit dem Zwischenbereich an der anderen Wand, das heißt an der Außen- bzw. Innenwand, befestigt ist. Dieser Zwischenbereich kann U- oder V-förmig verlaufen, insbesondere als eckiges „U”. Dies erleichtert auch die Befestigung der Innen- oder Außenwand im Zwischenbereich.
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Das Halteblech kann abgewinkelte Enden haben, die insbesondere in einer Ebene liegen, was die Fertigung vereinfacht, und einen trapezförmigen Zwischenabschnitt. Durch die Trapezform erhält man schräg gestellte Schenkel, die wiederum die Länge dieses Abschnitts im Luftspalt erhöht, um eine bessere Wärmeentkoppelung zu erreichen.
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Die Enden der angrenzenden Schenkel des Trapezes sollten in einem Winkel von 10 bis 25° in Richtung zur Außenwand verlaufen. Dieser Winkelbereich ist ganz allgemein vorteilhaft für den Bereich des Halteblechs, der die Innen- und die Außenwand überbrückt.
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Das Halteblech sollte ein langgestreckter Körper sein. Im Bereich der Längsenden ist dann, wenn hier eine Schweißstelle vorhanden ist, vorzugsweise nur am Stirnrand die Schweißstelle ausgeführt. Dies erhöht nämlich den Abstand der Schweißstelle von den anderen Schweißstellen, sodass sich die Längen der Abschnitte zwischen den Schweißstellen erhöhen, was zu einer geringeren Wärmeübertragung führt.
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An der Außenwand kann das Halteblech insbesondere über eine Lochschweißung befestigt sein. Die Außenwand hat dabei eine vorgefertigte Öffnung, insbesondere eine langgestreckte, nutförmige Öffnung. Um den Rand dieser Öffnung herum liegt das Halteblech vorzugsweise vollflächig und geschlossen ringförmig an der Innenseite der Außenwand an. Durch das Loch werden die beiden Teile miteinander verschweißt, und gleichzeitig wird das Loch abgedichtet.
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Bei der Erfindung ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Innenwand durch ein oder mehrere geschlossene, und zwar umfangmäßig geschlossene Rohre gebildet sind, wogegen die Außenwand aus Schalen zusammengesetzt wird.
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Der Luftspalt sollte nicht abgasdurchströmt sein.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine Schnittansicht durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abgasleitung,
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2 eine Draufsicht auf die Abgasleitung im Bereich des Halteblechs gemäß Ansicht X in 1, und
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3 eine Schnittansicht durch eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abgasleitung.
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In 1 ist eine luftspaltisolierte Abgasleitung 10 in Form eines Krümmers mit einem Einlass 12 und einem im Querschnitt gegenüber dem Einlass deutlich verringerten Auslass 14 dargestellt. Die Abgasleitung hat einen Gas führenden, innen liegenden Kanal 16, der durch eine Innenwand 18 begrenzt ist.
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Die Innenwand 18 besteht aus einem Rohr, die zum Beispiel hydroumgeformt ist, oder aus zusammengesetzten Schalen.
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Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform sind nur ein Einlass 12 und ein Auslass 14 vorgesehen.
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Die Innenwand 18 wird außenseitig von einer Außenwand 20 umgeben, die im Wesentlichen die gleiche Gestalt wie die Innenwand 18 hat, jedoch nur von ihr beabstandet ist, und zwar vorzugsweise um einen konstant dicken Spalt 22. Dieser Spalt ist ein Luftspalt. Die Außenwand ist die tragende Wand.
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Die Außenwand 20 besteht aus mehreren, vorzugsweise zwei Halbschalen, die außerhalb der Zeichenebene miteinander verbunden sind, um ein geschlossenes Rohr zu bilden. Im Bereich des Auslasses 14 liegen Innen- und Außenwand 18, 20 über eine kurze Strecke aneinander an, beispielsweise indem die Außenwand 20 im Bereich ihres einlassseitigen Endes 24 verjüngt ist. Im Bereich des Kontaktes von Innen- und Außenwand 18 bzw. 20 ist ein Schiebesitz 26 für die Innenwand gebildet, sodass diese sich in Richtung des Doppelpfeiles A relativ zum Ende der Außenwand 20 bewegen kann.
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Ein Flansch 28 ist über eine Schweißnaht 30 an der Außenwand 20 angebracht. Ein Kontakt zwischen der Innenwand 18 und dem Flansch 28 ist vorzugsweise nicht vorgesehen.
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Ein- und Auslass stehen in einem Winkel von vorzugsweise 70 bis 90° zueinander, sodass die in die Abgasleitung 10 eindringende Abgasströmung um fast 90° innerhalb des Krümmers umgelenkt wird.
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Am Einlass 12 ist ein Flansch 32 ebenfalls mit dem Außenrohr 20 über eine Schweißnaht 34 verbunden. Der Flansch 32 kann auch ein Abschnitt des Zylinderkopfes sein.
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Der Flansch 32 hat vorzugsweise einen umlaufenden ringförmigen Fortsatz 36, der als radiale Führung für das Ende der Innenwand 18 dient. Die Innenwand 18 ist seitlich in Richtung B somit zum Flansch 32 geführt, in einer axialen Richtung, das heißt in Ausströmrichtung, ist ein Spalt zwischen dem stirnseitigen Ende der Innenwand 18 und dem Flansch 32 vorgesehen. Dieser Spalt trägt das Bezugszeichen 38 und erlaubt eine Ausdehnung der Innenwand 18 in Ausströmrichtung, das heißt in Zeichenebene senkrecht zur Richtung B gemäß 1.
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Alternativ könnte der Spalt 38 auch entfallen und ein stirnseitiger Kontakt zwischen Innenwand 18 und Flansch 32 vorhanden sein.
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Im Luftspalt 22 ist bis auf das im Folgenden erläuterte Halteblech kein Zwischenblech, insbesondere kein schalenförmiges Zwischenblech zur Unterteilung des Luftspalts 22 in mehrere Kammern vorhanden. Der Luftspalt 22 ist nicht von Abgas durchströmt.
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Das Halteblech 40 ist das einzige Teil, welches Innen- und Außenwand 18, 20 fest miteinander verbindet.
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Für diese feste Verbindung ist vorgesehen, dass das langgestreckte (siehe 2) Halteblech 40 über Schweißnähte 42 an den axialen Enden, und zwar ausschließlich an den axialen Stirnseiten oder Stirnwänden 44 des Halteblechs 40 mit der Innenwand 18 verbunden ist, vorzugsweise durch Schweißen, wobei auch Löten möglich wäre. Wie in 2 zu sehen ist, erstrecken sich die Schweißnähte 42, die als Kehlnähte ausgeführt sind, nur an den Stirnwänden 44 des Halteblechs 40.
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1 ist zu entnehmen, dass das Halteblech 40 mehrere Abschnitte hat, nämlich abgewinkelte Enden 46, die vorzugsweise parallel zur Außenseite der Innenwand 18 verlaufen und zum Beispiel flächig auf dieser aufliegen, sowie daran anschließend schräg zur Außenseite der Innenwand im Bereich der Enden 46 schräg aufeinander zu verlaufende Schenkel 48 und einen Verbindungssteg 50 für die Schenkel 48.
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Die Schenkel 48 und der Verbindungssteg 50 bilden einen Zwischenbereich des Halteblechs 40, der gegenüber den Enden 46 abgewinkelt ist. Der Zwischenbereich, hier genauer der Verbindungssteg 50, ist an der Außenwand 20 befestigt, insbesondere durch eine Lochschweißung.
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In der dargestellten Ausführungsform ist der Zwischenbereich ein Trapez, an welches sich die abgewinkelten, insbesondere in einer Ebene liegenden Enden 46 anschließen.
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Vorzugsweise verlaufen die Enden 46 in einer gemeinsamen Ebene, die parallel zur Ebene liegt, die durch den Verbindungssteg 50 definiert ist.
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Die Schenkel 48 erstrecken sich schräg zur Außenwand 20 hin, und zwar unter einem Winkel von 10 bis 25° zu der Innenwand 18 im Bereich des jeweiligen Endes 46. Der entsprechende Winkel α ist in 2 eingezeichnet.
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Das Halteblech 40 hat eine asymmetrische Gestalt, bezogen auf die Seitenansicht gemäß 1.
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Im Folgenden wird die Lochschweißung anhand von 2 erläutert.
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Die Außenwand 20 hat im Bereich des Verbindungsstegs 50 eine langgestreckte Öffnung 52, die vorgefertigt ist. Im Bereich dieser Öffnung 52, um ihren Rand 54 herum, liegt das Halteblech 40 an der Innenseite der Außenwand 20 an. Von außen werden über die Öffnung 54 dann Halteblech 40 und Außenwand 20 miteinander verschweißt.
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Zu betonen ist, dass bis auf den Bereich des Einlasses 12 und des Auslasses 14 keine unmittelbare Kontaktstelle zwischen Innen- und Außenwand 18, 20 vorhanden ist. Die Verbindung der Teile erfolgt außerhalb der Bereiche von Ein- und Auslass 12, 14 nur durch das singuläre, lokale Halteblech 40, das nur einen Teil des Umfangs der Innenwand 18 abdeckt. Da das Halteblech 40 dem Einlass 12 unmittelbar gegenüberliegt, vorzugsweise in der Mitte des Einlasses 12 sozusagen auf der gegenüberliegenden Seite angebracht ist, kann das Halteblech 40 bei Ausdehnung der Innenwand 18 einfedern. Dieses Einfedern wird insbesondere durch die starke Schrägstellung der Schenkel 48 ermöglicht. Um die Federwirkung zu erhöhen, kann es von Vorteil sein, wenn die Enden 46 nicht vollflächig an der Außenseite der Innenwand 18 anliegen, sondern einen geringen Spalt bilden.
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Die Ausführungsform nach 3 entspricht funktional im Wesentlichen der zuvor beschriebenen Ausführungsform, sodass für gleiche oder funktionsgleiche Teile die bislang bereits eingeführten Bezugszeichen verwendet werden.
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Bei der Abgasleitung nach 3 handelt es sich um einen Abgaskatalysator, einen Dieselpartikelfilter oder einen Schalldämpfer, mit einer Innenwand 18, in welcher auch gegebenenfalls ein abgasdurchströmter Einsatz, zum Beispiel ein Katalysator oder ein Dieselpartikelfilter befestigt und untergebracht sein kann. Durch die Innenwand 18 und gegebenenfalls den Einsatz strömt das Abgas hindurch. Alternativ oder zusätzlich können zwischen Innen- und Außenwand 18, 20 auch ein oder mehrere TEG-Module (thermoelektrische Generatoren) angeordnet sein, über die aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen dem Abgas und der äußeren Umgebung elektrischer Strom erzeugt wird.
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Bei der Ausführungsform nach 3 sind sowohl am Einlass 12 als auch Auslass 14 Schiebesitze 26 zwischen der Innenwand 18 und der Außenwand 20 vorhanden. Die Innen- und die Außenwand 18, 20 sind konzentrisch zueinander angeordnet. Die Außenwand hat im Bereich des Einlasses 12 einen sich erweiternden Trichter 60 sowie im Bereich des Auslasses einen zulaufenden Trichter 62.
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Wie bei der ersten Ausführungsform ist auch hier die einzige in axialer, radialer und Umfangsrichtung und damit starre Befestigung das singuläre Halteblech 40, welches an beiden Wänden 18, 20 angeschweißt oder auch angelötet ist. Bezüglich der Form des Halteblechs 40 und dessen Befestigung können alle Details gemäß den 1 und 2 auch bei dieser Ausführungsform vorhanden sein.
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Auch bei 3 ist wichtig, dass das Halteblech 40 nur einen in Umfangsrichtung kurzen Abschnitt, sozusagen eine punktuelle Brücke zwischen Innen- und Außenwand 18, 20 bildet. Das Halteblech 40 umgibt also die Innenwand 18 nicht im Umfangsrichtung.
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Die bevorzugte Breite des länglichen Halteblechs 40 beträgt vorzugsweise maximal 30 mm.
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In Längserstreckung sitzt das Halteblech 40 symmetrisch im Luftspalt, das heißt der Abstand zu den Schiebesitzen 26 sollte möglichst gleich sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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