DE4021326C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasleitung für eine Brennkraftmaschine, die in kaltem Zustand unter einer Vorspannung steht, die bei Betriebstemperatur aufgehoben ist.

Eine solche Abgasleitung ist beispielsweise in der DE-PS 36 35 478 aufgezeigt. Die Abgasleitung besteht aus mehreren Abschnitten, die aus jeweils zwei rinnenförmigen Teilen zusammengesetzt sind, die mit an beiden Längsrändern angeformten Flanschen aufeinander anliegend zwischen sich den Leitungsquerschnitt bilden. Bei der Montage wird durch Spreizen eine radiale Vorspannung erzeugt, die bei Erreichen der Betriebstemperatur infolge Wärmedehnung kompensiert wird. In axialer Richtung befinden sich zwischen den einzelnen Abschnitten Spalte, so daß infolge Wärmedehnung in Längsrichtung auftretende Relativbewegungen nicht behindert werden. Bei Betriebstemperatur sind die Spalte nahezu geschlossen, so daß nur wenig Leckgas in den Raum zwischen innerer Leitung und dem die innere Leitung umgebenden gasdichten flüssigkeitsgekühlten Gehäuse austreten kann. Nachteilig ist der hohe Kostenaufwand für Fertigung und Montage der Abgasleitung. Ferner besteht ein großer Montageraumbedarf.

Die Abgasleitung nach der DE-PS 37 43 851 ist als einstückiges Rohrstück ausgebildet, das zur Überleitung der heißen Abgase von einer Auspuffleitung zu einer Abgasturbine dient. Um die axiale Ausdehnung nicht zu behindern, erfolgt die Befestigung der Abgasleitung am umgebenden wassergekühlten Gehäuse durch Schrauben, die in einer Querschnittsebene verteilt sind. Die Abgasleitung weist in kaltem Zustand ein radiales Untermaß gegenüber dem Durchmesser auf, auf dem die Befestigungspunkte liegen. Dadurch erfährt die Abgasleitung bei der Montage eine radiale Verformung. Die auf diese Einspannung zurückgehende Verformung der Abgasleitung wird durch die Wärmedehnung bei Betriebstemperatur gerade kompensiert, und die Abgasleitung ist bei Betriebstemperatur deshalb praktisch spannungsfrei. Eine derartige Abgasleitung hat natürlich nur eine begrenzte Baulänge. Sind Abgasleitungen größerer Länge gefordert, so ist die Abgasleitung aus mehreren aneinandergereihten Einzelrohrstücken aufzubauen. Dies ist jedoch wiederum mit einem hohen Kostenaufwand für Herstellung und Montage verbunden.

In der EP-PA 01 85 934 wird ein aus Metallbändern gewickelter flexibler Schlauch aufgezeigt, der auch in Abgasanlagen für Brennkraftmaschinen einsetzbar ist. Bei einem solchen Schlauch sind die einzelnen Windungen gegeneinander axial verschiebbar ausführbar, so daß Wärmeausdehnungen in axialer Richtung nicht behindert werden. Es wird jedoch nicht ausgeführt, wie eine solche Abgasleitung bei hohen Abgastemperaturen spannungsfrei gelagert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstig herstellbare und einfach montierbare einstückige Abgasleitung beliebiger Länge aufzuzeigen, die bei Betriebstemperatur im wesentlichen spannungsfrei ist.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist die Abgasleitung aus einem schraubenförmig gewickelten Metallband hergestellt. Um Spannungen infolge axialer Wärmeausdehnung der Abgasleitung zu vermeiden, wird die Abgasleitung derart im umgebenden wassergekühlten Gehäuse befestigt, daß die Ränder des Metallbandes in kaltem Zustand der Abgasleitung auf Spalt stehen. Bei Betriebstemperatur ist der Spalt, um ein Austreten von Abgasen in den Raum zwischen innerer Abgasleitung und äußerem Gehäuse zu verhindern, gerade geschlossen. Zur Verhinderung von Spannungen infolge radialer Ausdehnung der Abgasleitung wird die Abgasleitung ferner derart befestigt, daß sie in kaltem Zustand unter einer radialen Vorspannung steht. Infolge Wärmedehnung wird die aus der Zwangseinspannung resultierende Verformung bei Betriebstemperatur jedoch kompensiert, so daß die Abgasleitung bei Betriebstemperatur im wesentlichen spannungsfrei ist. Damit die Vorspannung bei Montage und der Spalt zwischen den Rändern des Metallbandes genau eingehalten wird, wird mit Anspruch 3 eine Vorrichtung aufgezeigt, mit der die Position der Bohrungen unabhängig von Fertigungstoleranzen genau festgelegt werden kann. Danach wird die vorgebogene Abgasleitung in einen Zylinder eingelegt, dessen Innendurchmesser gegenüber dem Außendurchmesser der Abgasleitung bei Betriebstemperatur das gewünschte Untermaß aufweist. In den Spalt zwischen den Rändern des Metallbandes werden die Windungen einer Rechteckfeder eingelegt. Durch Aufprägen einer axialen Druckkraft mittels eines Kolbens legt sich die Abgasleitung an den Innenumfang des Zylinders an. In dieser Position lassen sich die Bohrungen in der gewünschten Weise festlegen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben; es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Abgasleitung und das die Abgasleitung umschließende wassergekühlte Gehäuse;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung für die Festlegung der zur Befestigung der Abgasleitung am Gehäuse dienenden Bohrungen;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht der Vorrichtung nach Fig. 2 entlang der in Fig. 2 eingetragenen Schnittlinie III-III.

In Fig. 1 ist eine Abgassammelleitung für eine Brennkraftmaschine dargestellt. Das aus den Zylindern der Brennkraftmaschine austretende Abgas tritt über Öffnungen 1 in die Abgasleitung 3 ein, die vom wassergekühlten, gasdichten Gehäuse 2 umschlossen ist. Die Abgasleitung 3 ist aus einem Blechband schraubenförmig gewickelt. Am Gehäuse 2 ist die Abgasleitung 3 mittels Schrauben 5 an Vorsprüngen 9 des Gehäuses 2 befestigt. Die Bohrungen 15 für die Befestigung der Abgasleitung 3 mit den Schrauben 5 sind vorzugsweise, wie dargestellt, in der Mittellinie des Blechbandes angeordnet und liegen jeweils um 180° versetzt auf dem Umfang, so daß pro Windung zwei Schrauben 5 benötigt werden, die einander axial versetzt gegenüberliegen. Die Enden der Abgasleitung 3 sind durch Endstücke 7 verschlossen. In kaltem Zustand der Abgasleitung 3 liegen die Ränder 6 des Blechbandes auf Spalt wie dargestellt. Zugleich ist die Abgasleitung 3 oval verformt, da sie ein radiales Untermaß gegenüber den Befestigungspunkten am Gehäuse 2 aufweist. Bei Betriebstemperatur ist das zuvor oval verformte Rohr infolge radialer Wärmeausdehnung rund. Zugleich ist infolge axialer Wärmeausdehnung bei Betriebstemperatur der axiale Spalt gerade geschlossen. Die Abgasleitung 3 ist deshalb bei Betriebstemperatur praktisch spannungsfrei und zugleich sicher befestigt. Besonders vorteilhaft ist dabei, daß die Abgasleitung kostengünstig aus einem Stück herstellbar ist, und von beliebiger Länge sein kann. Die Öffnungen 1 und 4 für Zutritt und Auslaß des Abgases sind vor Aufwicklung ins Blechband eingestanzt.

Für die Funktion der Abgasleitung 3 ist die maßgenaue Einhaltung des Spalts und des Außendurchmessers der Abgasleitung 3 von entscheidender Bedeutung. Wenn der Spalt bei Betriebstemperatur nicht geschlossen wäre, würden daraus Wärmeverluste resultieren, was eine Minderung der nutzbaren Leistung in einer vom Abgas beaufschlagten Abgasturbine eines nicht dargestellten Abgasturboladers zur Folge hätte. Wird infolge Fertigungstoleranzen der Außendurchmesser der Abgasleitung nicht exakt eingehalten, so können bei Betriebstemperatur der Abgasleitung unerwünscht hohe Spannungen auftreten. Mit der in Fig. 2 und 3 dargestellten Vorrichtung kann die Position der Bohrungen 15 für die Befestigung der Abgasleitung 3 am Gehäuse 2 unabhängig von möglichen Fertigungstoleranzen genau festgelegt werden. Die bereits vorgebogene Abgasleitung 3 wird hierzu mit einer mit ihren Windungen in den Spalt eingefügten Rechteckfeder 13 in einen aus Grundplatte 10 und Deckel 11 bestehenden Zylinder 12 eingelegt. Der Innendurchmesser des Zylinders 12 hat gegenüber dem Durchmesser, auf dem sich die Befestigungspunkte im Gehäuse 2 befinden, ein vorbestimmtes Untermaß, damit sich in kaltem Zustand nach der Montage eine vorbestimmte Verformung der Abgasleitung 3 ergibt. Beim Aufprägen einer axialen Kraft mittels eines Kolbens 14 legt sich die Abgasleitung 3 an den Innenumfang des Zylinders 12 an. In dieser Lage der Abgasleitung 3 werden die Positionen der Bohrungen 15 für die Befestigung der Abgasleitung 3 am Gehäuse 2 festgelegt. Hierfür sind in der Grundplatte 10 und im Deckel 11 Bohrungen 16 eingearbeitet. Sie dienen als Schablonen für die entsprechenden Bohrungen 15 in der Abgasleitung.

Die Steigung der Windungen des schraubenförmigen Metallbandes entspricht vorzugsweise dem Zylinderabstand des Motors, kann aber auch ein ganzzahliges Vielfaches davon betragen.

Claims (3)

1. Abgasleitung für eine Brennkraftmaschine, wobei die Abgasleitung von einem gasdichten, wassergekühlten Gehäuse umschlossen ist, an dem sie an mehreren Stellen derart befestigt ist, daß sie in kaltem Zustand unter einer radialen Vorspannung steht, die bei Betriebstemperatur gerade aufgehoben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasleitung (3) aus einem derart schraubenförmig zu einem Rohr gewickelten Metallband besteht, daß die Ränder (6) des Metallbandes in kaltem Zustand der Abgasleitung (3) auf Spalt liegen, und daß der Spalt bei Betriebstemperatur gerade geschlossen ist.

2. Abgasleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (15) für die Befestigung der Abgasleitung (3) am Gehäuse (2) in der Mittellinie des Metallbandes liegen und jeweils um etwa 180° versetzt auf dem Umfang der Abgasleitung (3) angeordnet sind.

3. Verfahren zur Herstellung der Abgasleitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zur Festlegung der Position der Bohrungen (15) für die Befestigung aus einem Zylinder (12) besteht, dessen Innendurchmesser ein der gewünschten Vorspannung entsprechendes Untermaß gegenüber dem Außendurchmesser der Abgasleitung (3) bei Betriebstemperatur aufweist, und daß die vorgebogene Abgasleitung (3) zusammen mit einer mit ihren Windungen in den Spalten der Abgasleitung (3) angeordneten Rechteckfeder (13) in den Zylinder (12) einlegbar ist, und daß sich die Abgasleitung (3) infolge eines an den Enden der Abgasleitung (3) eine axiale Druckkraft aufbringenden Kolbens (14) an den Innenumfang des Zylinders (12) anlegt, und daß in dieser Position der Abgasleitung (3) die Lage der Bohrungen (15) festlegbar ist.