DE69301593T2

DE69301593T2 - Verbindungsvorrichtung zwischen zwei Bauteilen, insbesondere für Fahrzeugabgasleitungen

Info

Publication number: DE69301593T2
Application number: DE69301593T
Authority: DE
Inventors: Gilbert Duboueix
Original assignee: Lorraine de Laminage Continu SA SOLLAC
Current assignee: Sollac SA
Priority date: 1992-09-09
Filing date: 1993-08-27
Publication date: 1996-08-01
Anticipated expiration: 2013-08-28
Also published as: EP0587474A1; PL300334A1; PL172538B1; FR2695438B1; DE69301593D1; ES2083262T3; CZ285058B6; EP0587474B1; ATE134419T1; FR2695438A1; CZ185293A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung zwischen zwei Teilen, die einer Dreh- oder Gleitbewegung ausgesetzt und bei hoher Temperatur verwendet werden, insbesondere für eine Auspuffanlage eines Kraftfahrzeugmotors (z.B. FR-A-2 573 836).
Die Verbindungsvorrichtungen, die durch mechanische, in chemisch aggressiven Milieus thermische Belastungen beansprucht werden, haben im allgemeinen eine zeitlich begrenzte Benutzungsdauer, was vor allem für Auspuffanlagen eines Kraftfahrzeugmotors gilt.
Im Prinzip umfassen die Auspuffanlagen zwei Teile, die Reibungsbeanspruchungen, Abnutzungen und Temperaturen im Bereich von 400 bis 850ºC unter einem Abgasstrom ausgesetzt sind.
Diese im allgemeinen aus Metall bestehenden Teile sind dazu ausgebildet, der thermischen Oxidation zu widerstehen und weisen eine annehmbare mechanische Festigkeit auf.
Nun erfahren gewisse Bereiche der Auspuffanlagen und insbesondere jene Bereiche, die einer Dreh- oder Gleitbewegung unterzogen werden, wie zum Beispiel die Verbindungsvorrichtungen zwischen dem Auspuffkrümmer und der Ausgangsleitung des Krümmers, innerhalb einer sehr kurzen Benutzungsdauer einen beachtlichen Abrieb, was zu einem raschen Bruch der Teile führt.
Dieser Abrieb ist besonders bedeutend, da die Auspuffanlagen ständigen Vibrationen ausgesetzt sind.
Die vorliegende Erfindung hat die Schaffung einer Verbindungsvorrichtung zur Aufgabe, die ein Reibungsmoment zwischen zwei Teilen bildet, die einer Dreh- oder Gleitbewegung und Temperaturschwankungen von etwa 600ºC ausgesetzt werden, die wesentlichen Vibrationsbelastungen standhält und die in einem aggressiven Milieu, das durch die Abgase gebildet wird, eine verbesserte Abriebbeständigkeit aufweist.
Die vorliegende Erfindung hat eine Verbindungsvorrichtung zwischen zwei Teilen zur Aufgabe, die einer Dreh- oder Gleitbewegung ausgesetzt werden und jeweils eine Kontaktfläche mit dem anderen der Teile aufweisen, wobei einer der Teile aus Metall besteht und der andere der Teile aus einem Verbundwerkstoff besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall, aus dem der erste Teil gebildet ist, ein bei hoher Temperatur alitierter Stahl ist und der Verbundwerkstoff, aus dem der zweite Teil gebildet ist, aus einer Faserstruktur besteht, die mit einem Füllstoff und einem Agglomerationsmittel warmverdichtet wird, wobei der Füllstoff zuvor mit einem Silikon vermischt wird.
Gemäß anderen Merkmalen der Erfindung:
- ist der alitierte Stahl ein Legierungsstahl, der durch ein kontinuierliches Warmhärtverfahren mit Aluminium bedeckt wird und dessen Gewichtszusammensetzung folgende ist:
- 0,01 bis 0,03% Kohlenstoff
- 0,2 bis 0,5% Mangan
- 0,01 bis 0,04% Schwefel
- 0,1 bis 0,3% Titan
- 0,005 bis 0,04% Phosphor,
- ist der alitierte Stahl ein Legierungsstahl, der durch ein kontinuierliches Warmhärtverfahren mit Aluminium bedeckt wird und dessen Gewichtszusammensetzung folgende ist:
- 0,002 bis 0,015% Kohlenstoff
- 0,6 bis 1,2% Chrom
- 0,6 bis 1,2% Aluminium
- 0,1 bis 0,4% Niobium
- 0,1 bis 0,4% Titan,
- ist die Verdichtigungstemperatur der Faserstruktur höher als 200ºC,
- besteht der Füllstoff aus einem Kohlenstoff und/oder einem Karbonat,
- ist das Karbonat ein Kalzium-, Kalium- oder Natriumkarbonat,
- ist das Agglomerationsmittel ein Phenolharz,
- besteht die Faserstruktur aus Stahlfasern,
- wird der Teil aus Verbundwerkstoff durch eine Dichtung in Form eines Ringes und vorzugsweise eines sphärischen Ringes gebildet,
- wird der Metallteil durch eine Leitung gebildet, die an ihrem Ende, das mit dem Teil aus Verbundwerkstoff zusammenwirken soll, mit einem Flansch versehen ist.
Die vorliegende Erfindung hat auch eine Auspuffanlage für einen Kraftfahrzeugmotor jener Art zur Aufgabe, die einen Auspuffkrümmer umfaßt sowie eine Ausgangsleitung des Krümmers, die mit einem Auspufftopf verbunden ist, und Kuppelmittel zwischen dem Krümmer und der Ausgangsleitung, die mit einer Dichtung aus Verbundwerkstoff versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kuppelmittel aus einer Verbindungsvorrichtung wie oben beschrieben gebildet werden.
Die Erfindung wird mit Hilfe der folgenden Beschreibung verständlicher, die nur als Beispiel und mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen angeführt wird, von welchen:
- Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Auspuffanlage eines Kraftfahrzeugmotors ist,
- Fig. 2 eine schematische Schnittansicht der Verbindungsvor richtung zwischen dem Krümmer und der Ausgangsleitung des Krümmers ist.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfaßt eine Auspuffanlage, die allgemein mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist, für einen Motor 2 mit zum Beispiel vier Zylindern, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, einen Auspuffkrümmer, der in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 3 bezeichnet ist.
Dieser Auspuffkrümmer 3 umfaßt zum Beispiel vier Leitungen, von welchen jene ein Ende aufweist, das mit einem Zylinder des Motors verbunden ist, und ein anderes Ende, das mit einer Ausgangsleitung 4 des Krümmers verbunden ist.
Diese Ausgangsleitung 4 ist mit einem Auspufftopf verbunden, der zum Beispiel einen Katalysator 5 und eine Verbindungsleitung 6 zu einem nicht dargestellten Schalldämpfer umfaßt.
Die Auspuffanlage setzt sich aus zwei verschiedenen Teilen zusammen, einem warmen Teil A in der Nähe des Motors 2, der den Krümmer 3, die Ausgangsleitung 4 und den Katalysator 5 umfaßt, und einem kalten Teil B stromabwärts des Katalysators 5, der die Verbindungsleitung 6 und den Schalldämpfer umfaßt.
Der Auspuffkrümmer 3 und die Ausgangsleitung 4 des Krümmers sind durch eine Verbindungsvorrichtung verbunden, die allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet und in Fig. 2 dargestellt ist.
Die Verbindungsvorrichtung 10 bildet ein Reibungsmoment zwischen dem Krümmer 3 und der Ausgangsleitung 4, die in bezug zueinander Dreh- und Gleitbewegungen ausgesetzt sind.
Die Ausgangsleitung 4 umfaßt an ihrem dem Krümmer 3 zugewandten Ende einen Flansch 4a, dessen Innenfläche mit der Außenfläche einer Dichtung 11 in Kontakt steht, die an dem Ende 3a des Krümmers 3 befestigt ist und für eine Abgasundurchlässigkeit sorgt.
Die Verbindungsvorrichtung 10 umfaßt ebenso ein nicht dargestelltes elastisches Halterungsorgan für die Ausgangsleitung 4 an der Dichtung 11 wobei eine Winkelverschiebung der Ausgangsleitung möglich ist.
Die Dichtung 11 besteht aus einem Ring und vorzugsweise aus einem sphärischen Ring.
Bei den Auspuffanlagen, die einen Katalysator umfassen, erfordern die Betriebsbedingungen eine zusätzliche Funktion der chemischen Abgasreinigung durch die Zusammensetzungen.
Der warme Teil A wird Temperaturen ausgesetzt, die mit den verschieden Arten der Motorisierung, Bedienung und abhängig von der Gestaltung der Anlagen wie zum Beispiel der Wärmeisolation, Ventilation usw. schwanken.
Die Wärmeabgabe bei den chemischen Reaktionen, die in dem Katalysator 5 ablaufen, bewirkt eine zusätzliche Erhöhung der Temperatur des warmen Teils von etwa 100ºC, und die Gase, die einer Katalyse unterzogen werden, können eine zusätzlich Erhöhung der Temperatur von etwa 100ºC erfahren.
Am Ausgang des Auspuffkrümmers 3 können die Ausgangsleitung 4 und der Mantel des Katalysators 5 Temperaturen erreichen, die zwischen 500 und 850ºC schwanken.
Die Erhöhung der Temperatur des warmen Teils verändert das Verhalten der die Elemente dieses warmen Teils bildenden Legierungen vollkommen, einerseits im Bereich der Korrosion durch Oxidation der inneren Teile durch die Abgase und der Außenflächen durch das Bespritzen mit Schmutz und Salz, und andererseits im Bereich der Beanspruchungen durch mechanische und thermische Belastungen, wie Vibrationen und Reibungen, vor allem bei erhöhter Temperatur.
Die entwickelten Legierungen haben eine Lösung für die Korrosion des warmen Teils gebracht, wie zum Beispiel die alitierten Stahle, die durch ein Warmhärtverfahren in einem Aluminiumschmelzbad kontinuierlich beschichtet werden.
Obwohl diese Stahle eine gute chemische Korrosionsbeständigkeit besitzen, hat es sich erwiesen, daß sie vom Standpunkt der Reibung bei hoher Temperatur aus eine nicht vernachlässigbare Abnutzungsrate aufweisen.
Bei einem Fahrzeug, das eine Auspuffanlage umfaßt, die einer Temperatur von mehr als 500ºC ausgesetzt wird und deren Verbindungsvorrichtung 10 einen Ring nach dem Stand der Technik umfaßt, der aus einem Metallgewirk besteht, das zum Beispiel mit Graphit und/oder Mika gefüllt ist, wird die Dicke der Ausgangsleitung 4 in der Höhe des Flansches 4a nach einer Gebrauchsdauer, die einer Verwendung des Fahrzeuges auf einer Strecke von 5 bis 10000 km entspricht, um zwei Drittel verringert.
Diese rasche Abnutzung bewirkt ein Aufbrechen der Ausgangsleitung 4 und die völlige Zerstörung der Verbindungsvorrichtung 10.
Erfindungsgemäß ist der alitierte Stahl, der die Ausgangsleitung 4 bildet, ein Legierungsstahl, der durch ein Wärmehärtverfahren kontinuierlich mit Aluminium beschichtet wird, und die Dichtung 11 aus Verbundwerkstoff wird aus einer Faserstruktur gebildet, die mit einem Füllmittel und einem Agglomerationsmittel warmverdichtet wird, wobei das Füllmittel zuvor mit einem Silikon vermischt wird.
Die Gewichtszusammensetzung des Legierungsstahls ist folgende:
- 0,01 bis 0,03% Kohlenstoff
- 0,2 bis 0,5% Mangan
- 0,01 bis 0,04% Schwefel
- 0,1 bis 0,3% Titan
- 0,005 bis 0,04% Phosphor,
und vorzugsweise folgende:
- 0,02% Kohlenstoff
- 0,3% Mangan
- 0,02% Schwefel
- 0,2% Titan
- 0,02% Phosphor.
In einer Variante ist die Gewichtszusammensetzung des Legierungsstahls folgende:
- 0,002 bis 0,015% Kohlenstoff
- 0,6 bis 1,2% Chrom
- 0,6 bis 1,2% Aluminium
- 0,1 bis 0,4% Niobium
- 0,1 bis 0,4% Titan,
und vorzugsweise folgende:
- 0,01% Kohlenstoff
- 0,9% Chrom
- 0,9% Aluminium
- 0,2% Niobium
- 0,2% Titan.
Die Verdichtigungstemperatur der Faserstruktur, aus welcher die Dichtung 11 besteht, ist höher als 200ºC.
Der Füllstoff besteht aus einem Kohlenstoff und/oder einem Karbonat wie zum Beispiel Kalzium-, Kalium- oder Natriumkarbonat.
Dieser Füllstoff kann auch aus einem Pulver bestehen, das die Eigenschaften eines feuerfesten Stoffes besitzt, wie Bornitrid, Aluminiumoxid, Mika, Titanoxid, vermischt mit einem Bindemittel, das eine gute Benetzbarkeit und eine Wärmebeständigkeit aufweist, wie ein Silikon.
Der Füllstoff, zum Beispiel aus Kohlenstoff, wird mit einem Dimethyl- oder einem Phenylsilikon vermischt, danach den Stahlfasern und einem Phenolharz hinzugefügt, das bei einer Verdichtung in einer Form des Teiles aus Verbundwerkstoff bei einer Temperatur von etwa 250ºC das Agglomerationsmittel darstellt.
In Tests, die unter denselben Bedingungen durchgeführt wurden, hat sich gezeigt, daß die Verbindungsvorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung zu keiner vorzeitigen Abnutzung des Metallteiles führen.
Eine derartige Verbindungsvorrichtung kann sich für alle anderen Anwendungen eignen, wie zum Beispiel für Leitungstraglager, gleitende oder sich verschiebende Führungselemente in Milieus, die sehr hohen Temperaturen und einer Korrosion in feuchtem und salzhaltigem Milieu ausgesetzt sind.

Claims

1. Verbindungsvorrichtung zwischen zwei Teilen (4, 11), die einer Dreh- oder Gleitbewegung ausgesetzt werden und jeweils eine Kontaktfläche mit dem anderen der Teile aufweisen, wobei einer der Teile (4) aus Metall besteht und der andere der Teile (11) aus einem Verbundwerkstoff besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall, aus dem der erste Teil (4) gebildet ist, ein bei hoher Temperatur alitierter Stahl ist und der Verbundwerkstoff, aus dem der zweite Teil (11) gebildet ist, aus einer Faserstruktür besteht, die mit einem Füllstoff und einem Agglomerationsmittel warmverdichtet wird, wobei der Füllstoff zuvor mit einem Silikon vermischt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der alitierte Stahl ein Legierungsstahl ist, der durch ein kontinuierliches Warmhärtverfahren mit Aluminium bedeckt wird und dessen Gewichtszusammensetzung folgende ist:

- 0,01 bis 0,03% Kohlenstoff

- 0,2 bis 0,5% Mangan

- 0,01 bis 0,04% Schwefel

- 0,1 bis 0,3% Titan

- 0,005 bis 0,04% Phosphor.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtszusammensetzung des Legierungsstahls vorzugsweise folgende ist:

- 0,02% Kohlenstoff

- 0,3% Mangan

- 0,02% Schwefel

- 0,2% Titan

- 0,02% Phosphor.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der alitierte Stahl ein Legierungsstahl ist, der durch ein kontinuierliches Warmhärtverfahren mit Aluminium bedeckt wird und dessen Gewichtszusammensetzung folgende ist:

- 0,002 bis 0,015% Kohlenstoff

- 0,6 bis 1,2% Chrom

- 0,6 bis 1,2% Aluminium

- 0,1 bis 0,4% Niobium

- 0,1 bis 0,4% Titan.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtszusammensetzung des Legierungsstahls vorzugsweise folgende ist:

- 0,01% Kohlenstoff

- 0,9% Chrom

- 0,9% Aluminium

- 0,2% Niobium

- 0,2% Titan.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtungstemperatur der Faserstruktur höher als 200ºC ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff aus einem Kohlenstoff und/oder einem Karbonat besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß das Karbonat ein Kalzium-, Kalium- oder Natriumkarbonat ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Agglomerationsmittel ein Phenolharz ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserstruktur aus Stahlfasern gebildet wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß der Teil aus Verbundwerkstoff aus einer Dichtung (11) in Form eines Ringes und vorzugsweise eines sphärischen Ringes gebildet wird.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallteil aus einer Leitung (4) besteht, die an ihrem Ende, das mit dem Teil (11) aus Verbundwerkstoff zusammenwirken soll, mit einem Flansch (4a) versehen ist.

13. Auspuffanlage für einen Kraftfahrzeugmotor jener Art, die einen Auspuffkrümmer (3) umfaßt sowie eine Ausgangsleitung (4) des Krümmers, die mit einem Auspufftopf (5, 6) verbunden ist, und Kuppelmittel (10) zwischen dem Krümmer (3) und der Ausgangsleitung (4) die mit einer Dichtung (11) aus Verbundwerkstoff versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kuppelmittel aus einer Verbindungsvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche gebildet werden.

14. Auspuffanlange nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsleitung (4) ein Stahl ist, der bei hoher Temperatur alitiert wurde.

15. Auspuffanlange nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (11) aus Verbundwerkstoff aus einem Ring gebildet wird, der aus einer Faserstruktur besteht, die mit einem Füllstoff und einem Agglomerationsmittel warmverdichtet wurde, wobei der Füllstoff zuvor mit einem Silikon vermischt wurde.