DE3627363C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine gelenkige Rohrverbindung für insbesondere Abgasleitungen in Verbrennungskraftmaschinen aus ineinander passenden Kugelsegmenten mit einem aus hochtemperaturbeständigem Material bestehenden Dichtungsring, welcher mindestens eine als Gleitfläche dienende Mantelfläche besitzt.

Zur Vermeidung der Übertragung der vom Motor ausgehenden Schwingungen auf das gesamte Auspuffsystem ist es bekannt, in Auspuffanlagen das Abgassammelrohr und das Abgasauslaßrohr miteinander gelenkig zu verbinden. Benutzt wird hierzu ein Rohrkupplungsystem nach dem Kugelpfannenprinzip, nach dem die Verbindungsstellen der Rohre als ineinander passende Kugel- und Kugelhalbschalensegmente ausgebildet sind, so daß eine Winkelbeweglichkeit beziehungsweise Relativbewegung der Rohre miteinander ausgeglichen werden kann.

Üblicherweise ist der dazwischengeschaltete Dichtungsring dazu auf ein unverformtes zylindrisches Rohrende aufgesteckt, während die äußere Mantelfläche des Dichtungsringes die Form eines Kugelsegmentes bildet, auf das das zu einem Kugelschalensegment verformte zweite Rohrende aufgeschoben wird. Die äußere Mantelfläche des Dichtungsringes bildet dann im Betrieb die Gleitfläche, auf der das aufgeweitete Rohrende gleitet, und entsprechend ist der Ring aus einem temperaturbeständigen Material entweder nur im Oberflächenbereich oder massiv gefertigt.

Nach der DE-OS 28 24 333, der DE-PS 28 45 999, der DE-OS 31 07 920 und der DE-PS 32 34 376 bestehen derartige Dichtungsringe aus miteinander verpreßten Gleitmitteln und Metallfasern, wobei die Fasern entweder zu Geweben gewebt, als Metallfaserwollknäuel oder als gewickelte langsträhnige Fasern das Skelett des Dichtungsringes bilden, das dann, mit Gleitmittel imprägniert, in die Form des Dichtungsringes verpreßt wird. Nach der DE-PS 32 34 376 wird ein Gemisch aus Gleitmittel und kurzen Fasern direkt in der Form zu einem Dichtungsring verpreßt.

Maßgebend für ein gutes Funktionieren der Auspuffgelenkverbindung ist außer der Form und dem Material des Auspuffgelenkdichtringes auch die Form und das Material des auf den Dichtungsring aufgeschobenen und zu einem Kugelschalensegment verformten Auspuffrohrendes. Zur Erzielung eines optimalen Abdicht- und Gleitverhaltens müßte das Auspuffrohrende, als Präzisionsteil genau der Kontur des Dichtungsringes angepaßt, zu einem Kugelschalensegment verformt und die auf dem Dichtungsring gleitende Kugelschalensegmentinnenfläche müßte spanabhebend geglättet oder sogar mit Gleitüberzügen versehen werden.

Eine derartige Verformung des Auspuffrohrendes ist jedoch aufwendig und kostspielig und kann in vielen Fällen überhaupt nicht durchgeführt werden. Bei schlechter Maßhaltigkeit und schlechter Oberflächenqualität des aufnehmenden Rohrendes kommt es aber zu Undichtigkeiten und zur Verschlechterung des Gleitverhaltens der Gelenkverbindung, es kommt zum schnellen Verschleiß des Gelenkdichtringes und im Betrieb zu quietschenden Geräuschen der aufeinander gleitenden Gleitflächen. Zur Erzielung eines optimalen Gleitverhaltens sollen darüber hinaus die Werkstoffe der beiden Gleitpartner aufeinander abgestimmt sein. Bei Auspuffanlagen jedoch, bei denen die Werkstoffe der Auspuffrohre in erster Linie korrosionsbeständig gegenüber den heißen Abgasen sein sollen, ist die optimale Abstimmung des Auspuffrohrwerkstoffes auf das Dichtungsringmaterial überhaupt nicht mehr möglich. Bei Auspuffgelenkverbindungen kann daher auch so kein optimales Gleitverhalten der Gleitpartner untereinander erzielt werden, und es kann zum Quietschen beim Aufeinandergleiten und gegebenenfalls zum Verschleiß und zur Zerstörung des Dichtungsringes kommen.

Nach der DE-AS 15 26 557 besteht ein Rohrgelenk für Abgasleitungen von Verbrennungskraftmaschinen zum Ausgleich von Längenänderungen der Rohre bei Erhitzungen im Betrieb aus zwei mit den Rohrenden jeweils fest verbundenen Graphitringen mit Gleitflächen in der Form eines aufnehmenden Kugelschalensegmentes und einem Rohrzwischenstück mit kegelsegmentförmigen Stirnflächen, die von den beiden Ringen beim Zusammenbau aufgenommen sind. In diesem Fall ist zwar das Rohrgelenk ohne Verformung der Auspuffrohrenden gebildet, allerdings ist das Rohrgelenk relativ aufwendig konstruiert, und es dient ausschließlich dazu, durch Wärmedehnung der Rohre bedingte Längenänderungen durch Schrägstellung des in den Graphitringen gleitenden Rohrzwischenstückes auszugleichen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gelenkverbindung für Rohre in insbesondere Auspuffanlagen von Verbrennungskraftmaschinen zu schaffen, bei der unter Verwendung einfacher und kostengünstiger Mittel ein optimales Gleitverhalten bei gutem Abdichtverhalten der Gelenkverbindung erzielt wird.

Diese Aufgabe wird durch ein gelenkiges Rohrverbindungssystem gelöst, bei dem erfindungsgemäß sowohl das das Kugelsegment bildende Teil als auch das das Kugelschalensegment bildende Teil aus zwei ineinander passenden separaten ringförmigen Bauteilen besteht.

Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der gelenkigen Rohrverbindung aus zwei ineinander passenden ringförmigen Bauteilen brauchen jetzt die miteinander verbundenen Rohrenden nicht mehr aufwendig verformt und bearbeitet zu werden, und die Gleitflächen sind unabhängig vom Rohrwerkstoff. Die beiden ringförmigen Bauteile brauchen jetzt nur noch jeweils auf die unverformten Rohrenden aufgesteckt zu werden, wobei die Rohrenden nur noch jeweils eine Flanschfläche zur Auflage der Ringe mit ihrer Stirnfläche bilden. Die beiden Ringe bilden dabei mit ihrer äußeren und inneren Mantelfläche die Gleitflächen der gelenkigen Rohrverbindung in Form ineinander passender Kugel- und Kugelschalensegmente. Bevorzugt besitzt dabei der auf das Rohrende aufgeschobene Ring am Außenumfang wie der bisher verwendete Dichtungsring die Form eines Kugelsegmentes, während seine innere Mantelfläche zylindrisch ist. Der zweite Ring bildet mit seiner inneren Umfangsfläche das aufnehmende Kugelschalensegment, während seine äußere Mantelfläche zylindrisch ist. Im Prinzip ist es jedoch auch möglich, entsprechend die innere Umfangsfläche des einen Ringes als Kugelsegment zu gestalten, während die äußere Mantelfläche des passenden zweiten Ringes als aufnehmendes Kugelschalensegment geformt ist.

Vorteilhaft ist es jetzt vor allem, daß die beiden aufeinandergleitenden Flächen als Teileflächen separater Bauteile schon bei ihrer Herstellung präzise ineinanderliegend gefertigt werden können. Dadurch kann wesentlich einfacher und kostensparender als durch Verformung eines Rohrendes die optimale Abstimmung der Gleitpartner aufeinander erzielt werden. Es kommt folglich zum optimalen Laufverhalten der Ringe untereinander mit gleichzeitig gutem Abdichtverhalten, so daß vorteilhaft Verschleißerscheinungen der Laufflächen unter Vermeidung von störenden Geräuschbildungen auf ein Minimum begrenzt werden. Gegenüber einer herkömmlichen Rohrverbindung mit einem verformten Rohrende weist die erfindungsgemäße Rohrverbindung wesentlich verbesserte Laufeigenschaften über längere Laufzeiten auf.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung zweier separater Ringe als Rohrgelenkverbindung ist es darüber hinaus möglich, die beiden Ringe aus optimal aufeinander abgestimmten Gleitwerkstoffen unabhängig vom Rohrwerkstoff herzustellen. Gefunden wurde dabei, daß insbesondere bei gelenkigen Auspuffrohrverbindungen, wenn der erste Ring aus miteinander verpreßten Metallfasern, Metallegierungsfasern oder Nichteisenmetallfasern mit Schmier- und Gleitstoffen besteht, der als passender Gegenring dienende Ring aus gepreßten Stahlfasern, aus verpreßten Gemischen von Stahlfasern und Schmier- und Gleitstoffen, aus verpreßten Stahlfasern mit massiver Stahlringeinlage oder aus gesintertem Stahlpulver bestehen kann.

Im Sinne der Erfindung ist es dabei gleichgültig, ob der das Kugelschalensegment oder der das Kugelsegment bildende Ring aus dem ersten oder dem zweiten Material besteht. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Rohrverbindung aus separaten Ringen wird so durch die optimale Abstimmung der verwendeten Gleitwerkstoffe aufeinander eine optimale Abdichtung bei gutem Laufverhalten über längere Einsatzdauer erzielt.

Vorteilhaft ist es dabei auch, daß nicht wie bei der bisherigen Gestaltung der Rohrverbindungen der auf den Rohrwerkstoff angepaßte optimale Dichtungswerkstoff ermittelt werden muß, sondern optimal angepaßte Ringwerkstoffe können unabhängig vom Rohrwerkstoff in den Rohrverbindungen ohne Vorversuche eingesetzt werden.

Im Sinne der Erfindung können dabei entweder die Ringe massiv oder nur im Gleitbereich aus den genannten Gleitwerkstoffen gefertigt werden.

Durch die Erfindung ist somit eine gelenkige Rohrverbindung geschaffen, welche in Bezug auf Formgebung und die verwendeten Gleitwerkstoffe optimal aufeinander abgestimmt ist. Die erfindungsgemäße gelenkige Rohrverbindung besitzt ein verbessertes Lauf- und Abdichtverhalten und durch das damit verbesserte Verschleißverhalten eine höhere Lebensdauer ohne störende Nebengeräusche beim Gleiten der Ringe aufeinander.

Bei der erfindungsgemäßen gelenkigen Rohrverbindung entfällt darüber hinaus die Verformung und Bearbeitung eines Rohrendes, so daß die erfindungsgemäße gelenkige Rohrverbindung gegenüber der bisherigen Form wesentlich einfacher und kostengünstiger mit verbesserten Funktionseigenschaften herstellbar ist.

Die Abbildung verdeutlicht ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Abbildung zeigt dabei eine gelenkige Auspuffrohrverbindung (1) im Querschnitt mit dem Abgasauslaßrohrende (2) und dem Abgassammelrohrende (3), die jeweils die Flanschflächen (4, 5) der Auflage der Ringe (6, 7) bilden. Der Ring (6) ist an seinem zylindrischen Innenumfang auf das Abgasauslaßrohrende aufgesteckt und bildet an seiner äußeren Mantelfläche (8) das Kugelsegment. Der Ring (7) bildet an seiner Innenumfangsfläche (9) ein Kugelschalensegment, in das das Kugelsegment des Ringes (6) eingepaßt ist. Der Ring (6) besteht aus miteinander verpreßten kurzen Stahlfasern von 1 bis 8 mm Länge und Graphit im Mischungsverhältnis 1 : 1. Der Ring (7) ist lediglich aus kurzen Stahlfasern mit einer Länge von 1 bis 8 mm gepreßt.

Die gelenkige Auspuffverbindung zeigt im Testversuch bei Laufzeiten von über 200 Stunden keine Verschleißspuren bei gleichzeitig sehr guter Abdichtung ohne Geräuschentwicklung im Betrieb.

Claims (6)

1. Gelenkige Rohrverbindung für insbesondere Abgasleitungen in Verbrennungskraftmaschinen aus ineinander passenden Kugelsegmenten und Kugelschalensegmenten mit einem aus hochtemperaturbeständigem Material bestehenden Dichtungsring, welcher mindestens eine als Gleitfläche dienende Mantelfläche besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das das Kugelsegment bildende Teil (6) als auch das das Kugelschalensegment bildende Teil (7) aus zwei ineinander passenden separaten ringförmigen Bauteilen (6, 7) besteht.

2. Gelenkige Rohrverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Mantelfläche (8) des ersten Ringes (6) das Kugelsegment und die innere Mantelfläche (9) des zweiten Ringes (7) das Kugelschalensegment bildet.

3. Gelenkige Rohrverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ring (6, 7) der gelenkigen Rohrverbindung aus miteinander verpreßten Gemischen von Gleitmitteln und Metallfasern aus legiertem und unlegiertem Gußeisen, Stahl und Nichteisenmetall besteht, und daß der Gegenring (7, 6) aus gepreßten Stahlfasern, gepreßten Stahlfasern und Gleitmitteln, gepreßten Stahlfasern mit Stahlringeinlage oder gesintertem Stahlpulver besteht.

4. Gelenkige Rohrverbindung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (6 und/oder 7) massiv aus den Materialien des Anspruches 3 bestehen.

5. Gelenkige Rohrverbindung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Ringe (6 oder 7) im Gleitbereich aus den Materialien des Anspruches 3 besteht.

6. Gelenkige Rohrverbindung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (6, 7) mit jeweils einer Stirnfläche an den Flanschflächen (4, 5) der Auspuffrohre (2, 3) anliegen.