DE4224499A1

DE4224499A1 - Flange connection between two exhaust gas pipes - has thermal insulation between inner gas pipe and flange and outer pipe to reduce temp. of the flange.

Info

Publication number: DE4224499A1
Application number: DE19924224499
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl Ing Nording; Klaus Krueger
Original assignee: Bischoff Erhardt Co KG GmbH
Current assignee: Friedrich Boysen GmbH and Co KG
Priority date: 1992-07-24
Filing date: 1992-07-24
Publication date: 1994-01-27
Anticipated expiration: 2012-07-25
Also published as: DE4224499C2

Abstract

The inner gas-conveying pipe (5) of the pipe element (1) comprising an outer (3) and inner (5) pipe is thermally insulated at its end associated with the flange (4) from the outer pipe (3) and the associated flange (4). The inner pipe can have in the flange area over the entire circumference a radial distance (6) from the outer pipe and/or flange. The inner pipe can be held centred in the flange area relative to the outer pipe and/or flange by a ring element (7). The inner pipe axially protrudes over the connecting point between the two pipe elements (1,2). USE/ADVANTAGE - Flange connection is esp. for pipe connections where the outer pipe is designed for support and the inner pipe is made of thinner material intended only to convey gas.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flanschverbindung zwischen zwei abgasführenden Teilen, insbesondere Rohrelementen, von denen mindestens ein Rohrelement aus einem mit einem Flansch ver bindbaren äußeren Rohr und einem darin mit radialem Abstand gehalterten inneren gasführenden Rohr aufgebaut ist.The invention relates to a flange connection between two exhaust gas-carrying parts, in particular pipe elements, of which at least one tubular element from a ver with a flange bindable outer tube and a radial distance inside supported inner gas-carrying pipe is constructed.

Es ist bekannt, Abgasrohre aus zwei ineinandergestreckten Rohren herzustellen, zwischen denen ein Isolationsspalt vor handen ist (US-PS 35 81 494). Der Isolationsspalt kann luft gefüllt oder mit einem Isoliermaterial gefüllt sein. Aufgrund des Isolationsspaltes bleibt das Außenrohr deutlich kühler als das Innenrohr. Die Verbindung derartiger Abgasrohre mit einander oder beispielsweise mit einem Motorblock geschieht über Flanschverbindungen. Im Bereich der Flansche ist jeweils das Innenrohr an den Flansch und/oder das Außenrohr herange führt und ggf. auch mit diesem verschweißt. Der Isolations spalt ist also im Bereich der Flansche nicht vorhanden. Dies gilt auch für den Fall, daß im Bereich des Flansches ein Schiebesitz vorhanden ist, das Innenrohr also nur an dem Au ßenrohr oder dem Flansch anliegt, aber nicht verbunden ist, so daß es sich axial noch verschieben kann. Das Fehlen des Luftspaltes führt also zur Bildung einer Wärmebrücke, die zu einer Erhöhung der Temperatur des Flansches selbst und des Außenrohrs in diesem Bereich führt.It is known to have exhaust pipes made of two nested Manufacture pipes between which there is an insulation gap is present (US-PS 35 81 494). The insulation gap can air filled or filled with an insulating material. Because of the insulation gap, the outer tube remains significantly cooler than the inner tube. The connection of such exhaust pipes with happens to each other or for example with an engine block via flange connections. In the area of the flanges is each the inner tube to the flange and / or the outer tube leads and welded to it if necessary. The isolation there is no gap in the area of the flanges. This also applies in the event that a in the area of the flange Sliding seat is available, so the inner tube only on the Au the outer tube or the flange but is not connected, so that it can still move axially. The absence of the Air gap thus leads to the formation of a thermal bridge an increase in the temperature of the flange itself and the Outer pipe leads in this area.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flanschverbin dung zu schaffen, die zu einer Verringerung der Temperatur des Flansches und des Außenrohrs im Flanschbereich führt.The invention has for its object a flange connection to create a reduction in temperature of the flange and the outer tube in the flange area.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Flansch verbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vor. Weiterbil dungen sind Gegenstand der Unteransprüche.To achieve this object, the invention proposes a flange connection with the features of claim 1. Continuing Applications are the subject of the subclaims.

Die thermische Isolierung zwischen dem heißen Innenrohr einerseits und dem Flansch und dem Außenrohr auch im Bereich der Flanschverbindung führt dazu, daß der Flansch selbst eine niedrigere Temperatur aufweist. Dadurch erhöht sich die Fe stigkeit der Flansche oder man kann bei gleicher Festigkeit dünnere Flansche oder Flansche aus preisgünstigerem Werkstoff verwenden. Bei dünneren Flanschen verringert sich auch das Gewicht. Hinzu kommt, daß die Wärmeabstrahlung in die Umge bung verringert wird, was insbesondere dann von Wichtigkeit ist, wenn aufgrund einschränkender Vorschriften Motore gekap selt werden müssen. The thermal insulation between the hot inner tube on the one hand and the flange and the outer tube also in the area the flange connection means that the flange itself is a has lower temperature. This increases the Fe strength of the flanges or you can with the same strength thinner flanges or flanges made of less expensive material use. With thinner flanges this is also reduced Weight. In addition, the heat radiation in the reverse exercise is reduced, which is particularly important is when motors are broken due to restrictive regulations must be rare.

Eine Möglichkeit der thermischen Isolierung ist erfindungsge mäß das Fortführen des radialen Abstandes zwischen dem Außen rohr und dem Innenrohr.One possibility of thermal insulation is fiction according to the continuation of the radial distance between the outside tube and the inner tube.

Bei Beibehaltung des radialen Abstandes des Innenrohres auch im Endbereich kann erfindungsgemäß in Weiterbildung vorgese hen sein, daß das Innenrohr in diesem Bereich gegenüber dem äußeren Rohr und/oder dem Flansch zentriert gehaltert ist. Diese Zentrierung kann u. U. sehr vorteilhaft sein, insbeson dere bei komplizierteren Formen, bei denen die stärkere Längsausdehnung des wärmeren Innenrohr gegenüber dem Außen rohr auch zu einer seitlichen Verschiebung führen kann. Ein dann auftretendes seitliches Anliegen ist zwar immer noch eine Isolierung in allen anderen Bereichen, jedoch kann die Zentrierung auch in diesem Fall eine Verbesserung der Isolie rung bringen. Als Zentrierung kann beispielsweise ein um das Rohrende gelegter Ring aus Drahtgestrick oder einem anderen Material dienen. Ebenfalls denkbar ist es, eine Zentrierung durch Sicken am Innenrohr und/oder Außenrohr zu bewirken.If the radial distance of the inner tube is also maintained In the end area, according to the invention, further training can be provided hen be that the inner tube in this area compared to the outer tube and / or the flange is centered. This centering can U. can be very advantageous, in particular the more complicated forms, the stronger ones Longitudinal expansion of the warmer inner tube compared to the outside pipe can also lead to a lateral displacement. A lateral concern then still occurs isolation in all other areas, however Centering also improves insulation in this case bring. For example, a centering around the Pipe end placed ring made of wire mesh or another Serve material. Centering is also conceivable caused by beads on the inner tube and / or outer tube.

Erfindungsgemäß kann in Weiterbildung vorgesehen sein, daß das innere Rohr über die Flanschverbindungsstelle axial vor springt und dort in das jeweils andere Rohr etwas hineinragt.According to the invention it can be provided in a further development that axially forward the inner tube through the flange joint jumps and protrudes a little into the other tube.

In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß auch das zweite Rohrelement doppelwandig aus einem äußeren und einem inneren Rohr aufgebaut ist, wobei das innere Rohr eben falls einen radialen Abstand von dem Außenrohr und/oder dem Flansch aufweist.In a further development of the invention it can be provided that the second pipe element double-walled from an outer and an inner tube is built, the inner tube is flat if a radial distance from the outer tube and / or the Has flange.

In nochmaliger Weiterbildung kann vorgesehen sein, daß die beiden inneren Rohre im Bereich der Flanschverbindung einen Schiebesitz bilden. Der Schiebsitz wird von einem flächigen Anliegen der beiden Rohre aneinander gebildet, wobei jedoch eine Verschiebung in axialer Richtung möglich ist.In a further development it can be provided that the two inner tubes in the area of the flange connection Form sliding seat. The sliding seat is of a flat The two tubes rest against each other, however a shift in the axial direction is possible.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, daß der Schiebesitz die Zentrierung für mindestens eines der beiden inneren gasfüh renden Rohre bildet.According to the invention it can be provided that the sliding seat Centering for at least one of the two inner gas guides forming pipes.

Die Erfindung kann Flanschverbindungen zwischen beliebigen gasführenden Rohrteilen bilden, beispielsweise mit Vorteil eine Flanschverbindung zwischen einem Auspuffkrümmer und einem Vorrohr.The invention can flange connections between any form gas-carrying pipe parts, for example with advantage a flange connection between an exhaust manifold and a down pipe.

Sie ist aber mit Vorteil auch bei einer Flanschverbindung zwischen einem Vorrohr und einem Katalysatorgehäuse anwend bar.But it is also advantageous for a flange connection between a down pipe and a catalyst housing bar.

Insbesondere kann die Flanschverbindung bei der Anbringung des Auspuffkrümmers an dem Zylinderkopf angewandt werden. So kann beispielsweise um die Auslaßöffnung im Zylinderkopf herum eine Ringnut angeordnet sein, in die beim Zusammenset zen das innere gasführende Rohr des Auspuffkrümmers ein greift. Auch in diesem Fall ist das innere gasführende Rohr des Auspuffkrümmers thermisch von dem Flansch des Auspuff krümmers und dem Flansch des Zylinderkopfes abgekoppelt.In particular, the flange connection during attachment of the exhaust manifold are applied to the cylinder head. So can, for example, around the exhaust port in the cylinder head be arranged around an annular groove, in the assembly zen the inner gas pipe of the exhaust manifold takes hold. In this case, too, is the inner gas pipe of the exhaust manifold thermally from the flange of the exhaust manifold and the flange of the cylinder head uncoupled.

Die Erfindung ist insbesondere bei Rohrverbindungen anwend bar, bei denen das äußere Rohr die tragende Funktion über nimmt und das innere Rohr aus dünnerem Material nur zur Gasführung dient.The invention is particularly applicable to pipe connections bar, in which the outer tube has the supporting function takes and the inner tube of thinner material only to Gas flow serves.

Sie ist aber auch in solchen Fällen anwendbar, bei denen das Innenrohr zusätzlich zur Gasführung auch noch die tragende Funktion übernimmt.But it is also applicable in cases where the Inner tube in addition to the gas duct also the load-bearing one Function.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung er geben sich aus den Patentansprüchen, deren Wortlaut durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird, der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Er findung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:Further features, details and advantages of the invention he derive from the patent claims, the wording of Reference is made to the content of the description following description of preferred embodiments of the Er and the drawing. Here show:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch die Verbindungsstelle zweier Rohrelemente; Figure 1 is a schematic longitudinal section through the junction of two tubular elements.

Fig. 2 eine Flanschverbindung zwischen zwei Rohr elementen, von denen nur eins doppelwandig ist; Fig. 2 shows a flange connection between two pipe elements, of which only one is double-walled;

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung, bei der beide Rohrelemente doppelwandig ausgebil det sind. Fig. 3 is a representation corresponding to FIG. 2, in which both tubular elements are bilayer ausgebil det.

In Fig. 1 ist eine Verbindung zwischen einem rechts gezeigten Rohrelement 1 und einem links gezeichneten Rohrelement 2 dar gestellt. Das Rohrelement 1 weist ein äußeres Rohr 3 auf, das in seinem Endbereich mit einem Flansch 4 versehen ist, der beispielsweise an das äußere Rohr 3 angeschweißt ist. Inner halb des äußeren Rohres 3 ist ein inneres Rohr 5 angeordnet, das konzentrisch zu dem äußeren Rohr gehaltert ist. Es weist also überall einen radialen Abstand 6 von dem äußeren Rohr 3 auf. Zur Zentrierung ist zwischen dem äußeren und inneren Rohr 3 und 5 im Endbereich ein Ringelement 7 aus einem Draht gestrick angeordnet. Das Innenrohr 5, das aus dünnerem Mate rial besteht, ragt über die freie Stirnfläche 8 des Flansches 4 hinaus.In Fig. 1, a connection between a pipe element 1 shown on the right and a pipe element 2 shown on the left is provided. The tubular element 1 has an outer tube 3 , which is provided in its end region with a flange 4 , which is welded to the outer tube 3 , for example. Inner half of the outer tube 3 , an inner tube 5 is arranged, which is held concentrically with the outer tube. So it has a radial distance 6 from the outer tube 3 everywhere. For centering, a ring element 7 made of a wire is arranged between the outer and inner tubes 3 and 5 in the end region. The inner tube 5 , which consists of thinner material, projects beyond the free end face 8 of the flange 4 .

Das zweite, in Fig. 1 links dargestellte Rohrelement enthält ebenfalls ein äußeres Rohr 9, das in seinem Endbereich mit einem Flansch 10 verbunden ist, beispielsweise verschweißt. The second tube element shown on the left in FIG. 1 also contains an outer tube 9 which is connected in its end region to a flange 10 , for example welded.

Der Flansch 10 entspricht in Form und Abmessung im wesentli chen dem Flansch 4. Auch in dem Außenrohr 9 des zweiten Rohr elementes 2 ist ein Innenrohr 11 aus dünnerem Material so an geordnet, daß es allseits einen radialen Abstand 12 vom Au ßenrohr 9 aufweist. In seinem Endbereich ist das Innenrohr 11 etwas erweitert, so daß der erweiterte Endbereich 13 über das Ende des Innenrohres 5 des ersten Rohrelementes 1 paßt und mit diesem einen Schiebesitz bildet. Der Schiebesitz ist im wesentlichen gasdicht, so daß das heiße Abgas auch über die dargestellte Flanschverbindung hinaus innerhalb des durch die Innenrohre 5, 11 gebildeten Raumes bleibt.The flange 10 corresponds in shape and dimension to the flange 4 in wesentli chen. Also in the outer tube 9 of the second tubular element 2 is an inner tube 11 made of thinner material so on arranged that it ßenrohr all sides a radial distance 12 from the Au has. 9 In its end region, the inner tube 11 is somewhat expanded, so that the expanded end region 13 fits over the end of the inner tube 5 of the first tube element 1 and forms a sliding fit with it. The sliding seat is essentially gas-tight, so that the hot exhaust gas remains beyond the flange connection shown within the space formed by the inner tubes 5 , 11 .

Zwischen den beiden Flanschen ist eine Dichtung 14 angeord net. Die beiden Flansche können beispielsweise durch Schrau ben miteinander verbunden werden.Between the two flanges, a seal 14 is net angeord. The two flanges can be connected to one another, for example, by screwing.

Aufgrund der dargestellten thermischen Isolierung des Innen rohres 5, 11 sowohl von den Flanschen 4, 10 als auch von den Außenrohren 3, 9 im Bereich der dargestellten Flanschverbin dung bleiben die Flansche und Außenrohre auch in diesem Be reich kühler als das Innenrohr.Due to the thermal insulation of the inner tube 5 , 11 shown, both from the flanges 4 , 10 and from the outer tubes 3 , 9 in the area of the flange connection shown, the flanges and outer tubes remain rich in this loading area cooler than the inner tube.

Während die Darstellung der Fig. 1 vereinfacht und schema tisch war, zeigt Fig. 2 eine weitere Flanschverbindung, bei der ein Rohrelement ein Auspuffkrümmer 15 und das mit diesem zu verbindenden Rohrelement ein Vorrohr 16 ist. Das Vorrohr 16 führt zu einem Katalysator.While the illustration of FIG simplified. 1 and was schematically, Fig. 2 shows another flange joint in which a tubular member is an exhaust manifold 15 and the pipe to be connected with this element, a head pipe sixteenth The front pipe 16 leads to a catalyst.

Mit dem Außenrohr 3 des Auspuffkrümmers 15 ist der Flansch 4 verschweißt. Der Flansch 4 weist im Bereich seiner Innenöff nung eine abgestufte Form auf, so daß das Außenrohr 3 dort zunächst eingeschoben werden kann, bevor die Schweißverbin dung erfolgt. Es ist also eine glatt durchgehende Innenöff nung gebildet. Auch in dem Fall der Fig. 2 ragt das Innenrohr 5 des Auspuffkrümmers 3 über das entsprechende Ende des Flan sches 4 hinaus. Wiederum ist ein radialer Abstand 6 zwischen dem Innenrohr 5 einerseits und dem Flansch 4 bzw. dem Außen rohr 3 andererseits gegeben.The flange 4 is welded to the outer pipe 3 of the exhaust manifold 15 . The flange 4 has a stepped shape in the area of its inner opening, so that the outer tube 3 can first be inserted there before the welded connection takes place. So there is a smooth continuous opening opening. Also in the case of FIG. 2, the inner tube 5 of the exhaust manifold 3 projects beyond the corresponding end of the flange 4 . Again, there is a radial distance 6 between the inner tube 5 on the one hand and the flange 4 or the outer tube 3 on the other hand.

Das Vorrohr 16 ist als Einfachrohr ausgebildet, enthält also kein Innenrohr. In seinem Endbereich ist es trichterförmig erweitert. Auf das Vorrohr 16 ist der zugehörige Flansch 10 aufgeschoben und liegt an dem sich erweiternden Bereich des Vorrohrs an. Die Verbindung zwischen dem Flansch 10 und dem Vorrohr 16 wird also beim Verschrauben oder Verklammern der beiden Flansche 4, 10 hergestellt. Bei der in Fig. 2 darge stellten Ausführungsform erstreckt sich das Innenrohr 5 des Auspuffkrümmers 15 bis zum jenseitigen Ende des dem Vorrohr 16 zugeordneten Flansches 10, und weist auch in diesem Be reich einen radialen Abstand 6 auf. Das Vorrohr 16 wird also erst in einem Bereich stromab des Endes des Innenrohres 5 des Auspuffkrümmers 15 voll von dem Abgas getroffen.The front tube 16 is designed as a single tube, so it does not contain an inner tube. In its end area it is expanded in a funnel shape. The associated flange 10 is pushed onto the front pipe 16 and bears against the widening region of the front pipe. The connection between the flange 10 and the front pipe 16 is thus established when the two flanges 4 , 10 are screwed or clamped together. In the embodiment shown in FIG. 2, the inner pipe 5 of the exhaust manifold 15 extends to the other end of the flange 10 associated with the down pipe 16 , and also has a radial distance 6 in this region. The front pipe 16 is therefore only fully hit by the exhaust gas in a region downstream of the end of the inner pipe 5 of the exhaust manifold 15 .

Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat herausgefunden, daß selbst bei dieser nur teilweise wirksamen thermischen Entkopplung durch den Abstand eine Verringerung der Tempera tur der Flansche 4, 10 um etwa 50° erreicht wird.The inventor of the present application has found that even with this only partially effective thermal decoupling, the distance reduces the temperature of the flanges 4 , 10 by about 50 °.

Fig. 3 zeigt nun eine Ausführungsform, bei der das Vorrohr 16 ebenfalls doppelwandig aus einem äußeren Rohr 9 und einem in neren Rohr 11 aufgebaut ist. Das Ende des Auspuffkrümmers 15 ist identisch zu der Darstellung der Fig. 2, so daß der Aus puffkrümmer 15 nicht nochmals erläutert wird. Das Innenrohr 11 des Vorrohrs 16 weist in diesem Fall einen etwas größeren Durchmesser auf als das Innenrohr 5 des Auspuffkrümmers 15, so daß die beiden Rohre aufeinandergestellt werden können und so einen Schiebesitz bilden. Die Zentrierung des Innenrohres 11 im Vorrohr 16 wird hier durch den Schiebsitz mit dem In nenrohr 5 des Auspuffkrümmers 15 bewirkt, so daß keine eigene Zentrierung innerhalb des Vorrohrs 16 erforderlich ist. Fig. 3 now shows an embodiment in which the front tube 16 is also double-walled from an outer tube 9 and an inner tube 11 is constructed. The end of the exhaust manifold 15 is identical to the representation of FIG. 2, so that the off is not explained puffkrümmer 15 again. The inner tube 11 of the front tube 16 in this case has a slightly larger diameter than the inner tube 5 of the exhaust manifold 15 , so that the two tubes can be placed on top of one another and thus form a sliding fit. The centering of the inner tube 11 in the front pipe 16 is effected here by the sliding seat with the inner pipe 5 of the exhaust manifold 15 , so that no separate centering within the front pipe 16 is required.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform konnten Tem peraturverminderungen im Bereich von 100° erzielt werden.In the embodiment shown in Fig. 3 Tem temperature reductions in the range of 100 ° could be achieved.

Claims

1. Flange connection between two exhaust gas-carrying parts, in particular tubular elements ( 1 , 2 ), of which at least one tubular element ( 1 ) from an outer tube ( 3 ) which can be connected to a flange ( 4 ) and an inner one held at a radial distance ( 6 ) gas-carrying pipe ( 5 ) is constructed, characterized in that the inner pipe ( 5 ) in the region of its flange ( 4 ) associated end of the outer pipe ( 3 ) and the associated flange ( 4 ) is thermally insulated.

2. Flange connection according to claim 1, wherein the inner tube ( 5 ) in the region of the flange ( 4 ) substantially over the entire circumference has a radial distance ( 6 ) from the outer tube ( 3 ) and / or the flange ( 4 ) .

3. Flange connection according to claim 1 or 2, wherein the inner tube ( 5 ) in the region of the flange ( 4 ) with respect to the outer tube ( 3 ) and / or the flange ( 4 ) is centered.

4. Flange connection according to claim 3, in which a ring element ( 7 ) is provided for centering.

5. Flange connection according to one of the preceding Ansprü surface, in which the inner tube ( 5 ) on the connection point between the two tubular elements ( 1 , 2 ) projects axially.

6. Flange connection according to one of the preceding claims, in which the second tubular element is constructed from an outer tube ( 9 ) which can optionally be connected to a flange ( 10 ) and an inner gas-carrying tube ( 11 ) held therein with a radial distance ( 12 ) and the inner tube ( 11 ) in the region of its flange ( 10 ) zugeordne th end of the outer tube ( 9 ) and the associated flange ( 10 ) is thermally insulated.

7. Flange connection according to claim 6, wherein the thermal insulation of the second tube element ( 2 ) is formed by a radial distance between the inner tube ( 11 ) and the outer tube ( 9 ) or the associated flange ( 10 ).

8. Flange connection according to claim 6 or 7, wherein the two inner tubes ( 5 , 11 ) form a sliding fit in the region of the flange connection.

9. Flange connection according to claim 7, wherein the sliding seat forms a centering for the inner tube ( 11 ).

10. Flange connection according to one of the preceding claims, in which a pipe element ( 1 ) is an exhaust manifold ( 15 ) and the second pipe element ( 2 ) is a front pipe ( 16 ).

11. Flange connection according to one of claims 1 to 9, in which a tube element ( 2 ) is a down tube ( 16 ) and the second tube element is a catalyst housing.

12. Flange connection according to one of claims 1 to 9, wherein a pipe element ( 1 ) is an exhaust manifold ( 15 ) and the second pipe element is a cylinder head of an engine block.