用于连接两个管端的管连接布置的制作方法

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于连接两个管端特别是布置在内燃机的排气管线中的两个管端的管连接布置。本发明还涉及车辆特别是商用车辆的内燃机的排气管线，以及具有此类排气管线的商用车辆。

背景技术：

在内燃机的排气流中的管连接布置中，特别需要考虑操作期间的热管膨胀，由于其，两个管端的端面朝彼此移动。除此轴向移动之外，角度失准和轴向偏移也可在连接布置中出现。为了补偿此位置公差，存在以轴向对准且间隔开来布置相互关联的管端的普遍已知的实践，且借助于连接管布置来连接它们，连接管布置可在管端的相对移动期间变形和/或移位。此补偿连接管布置的普遍已知的示例为连接到两个管端中的各个管端的波纹管道补偿器或弹性体补偿器，尤其是硅橡胶补偿器，或作为备选，插头类型的连接。以防漏方式连接的此连接管布置相比使用的管大体上对出现在内燃机的排气管线中的此类热应力抵抗力较小，且因此可形成弱点，具有泄漏的可能。

EP2273175B1公开了一种用于连接管端的布置，其中两个管端由轴向间隙间隔开，且借助于连接管区段以插头类型的连接来连接，使得连接管区段插入两个管端区域中，借助于轴向端节段与管端的内侧进行防漏接触。因此在这里产生能够热膨胀且补偿位置公差的防漏接头，以用于连接发动机排气系统中的管端。这里，连接管区段将由可沉淀硬化的合金构成。此外，连接管区段的外表面将具有耐磨涂层。此类耐磨电镀涂层还从EP2096194A2获知。

具有在连接管的外表面上的耐磨涂层的类似结构还从EP2154408B1获知。

DE102010045986A1同样公开了此类内部连接管，但还同时公开了外部连接管，其中管端抵靠较宽的广泛接触的接头中的连接管的内壁。这里，管端可分别具有在其外周表面上以环形形状环绕的凸起的球形节段，其中外部连接管的相关联的内壁区域具有对应的球形构造以产生广泛接触的接头。

外部连接管还从DE1491170A1获知，其示出了柔性管连接，且其中圆柱形管端设有所谓的球形凸起表面，其抵靠在连接管的对应的球形构造的内表面上。

所有这些已知的管连接布置的缺点在于，它们在一些情况中制造和组装很昂贵，且此外，位置公差不可补偿至期望程度。

技术实现要素：

相比之下，本发明的目的在于提供一种用于连接两个管的管端、特别是布置在内燃机的排气管线中的两个管端的管连接布置，其在制造方面和在组装方面相对简单，且还能够以功能上可靠的方式将位置公差补偿至较大程度。

该目的借助于独立专利权利要求的特征实现。有利实施例形成其后提到的从属权利要求的主题。

根据权利要求1，提供了一种用于连接两个管、特别是布置在内燃机的排气管线中的两个管的管端的管连接布置，所述布置具有两个相对于彼此沿轴向对准和/或间隔开的管端，且在其外周表面上分别具有以环形形状环绕的凸起的球形节段，其中所述两个管端借助于其凸起的球形节段容纳在连接管中，连接管以一种方式在交叠区段中在外部包绕管端，使得球形节段的圆周在球形节段接触区域中沿径向抵靠在连接管的内壁上。根据本发明，构想出的是，凸起的球形节段在球形节段接触区域中分别沿圆形线且因此以圆形线接触(特别是以防漏方式)抵靠在连接管的内壁上。这是球形节段的直径等于相关联的球形节段接触区域中的连接管的内径时的情况。

一方面，管的端部处的凸起的球形节段与连接管的内壁之间的此接触(该接触仅沿圆形线)允许连接管与管端之间的足够防漏的接头的形状，且还允许了位置公差(诸如角度失准、轴向偏移和/或纵向偏移)补偿至特别大的程度，因为圆形线接触是允许管端以相对较大倾斜角偏斜同时将防漏接触接头保持在连接管的内壁处的特别有效的方式。此外，不同于广泛接触接头，例如，由于生产中的不准确和/或操作期间的热引起的不准确，此圆形线接触不易于引起泄漏的超定。此外，根据本发明的管连接(其中连接管在外部且管端的球形节段在那里仅以圆形线接触插入)还可在组装方面以快速且简单的方式产生。

原则上，连接管自身可采用任何期望的形式，例如，设计为波纹管，只要确保连接管的内壁上的凸起的球形节段的圆形线接触，连接管的内壁至少在球形节段接触区域中为平滑和圆形-圆柱形设计，其中内壁的内径大致对应于为线接触的球形节段接触区域。明显的是，由连接管的内壁上的圆形线接触限定的球形节段外径这里以一种方式对应于相关联的内壁内径，使得凸起的球形节段与内壁之间存在充分防漏的接触接头，即，其应当还明确包括一定尺寸过大，以便使得足够功能可靠和气密性压配合接头可用。

举例来说，压配合所需的该尺寸过大可通过使用耐磨材料的相互关联的接触表面的适合涂层和/或设计来提供。即，连接管的内壁至少在球形节段接触区域和/或球形节段的外表面中可由耐磨材料产生或涂布有耐磨材料。

根据另一个特别优选的实施例，连接管的内壁为总体平滑和圆形-圆柱形设计，具有总体恒定的内径。此内壁几何形状可容易且廉价地产生。

为了便于在管端处插入球形节段，这里还有可能的是，倒角、特别是圆化倒角设在连接管的两个相对端中的各个上。

由形成为具有总体恒定的内径和外径的连接套筒的圆柱形管形成的连接管制造特别容易且廉价。

根据另一个特别优选的实施例，催化剂基底可至少在一些区域或多个区域中引入连接管的内部中，和/或催化剂涂层至少在一些区域或多个区域设在连接管的内部，例如，在连接管的内壁上，以便实现排出气体净化和/或有助于排出气体净化。这里，作为特别优选的选项，催化剂基底和/或催化剂涂层至少设在位于两个球形节段接触区域之间的节段中。因此，这里，连接管或连接管的内部(例如，内壁)然后执行特别优选的双重功能，同时有助于排出气体净化，从而允许排出气体净化效率总体上提高或提升。

此外，连接管还可在至少一些区域或多个区域中在其外部设有隔热涂层。这有助于避免不容许的热损失，且因此表面温度的损失，且因此，然后不可能在连接管的区域中有不需要的冷凝。原则上，涂层可为任何期望的设计，其例如由隔热材料形成，但例如，其还可由用于护封连接管的单独构件形成。然而，作为备选，隔热涂层还可由牢固粘合的涂层形成，例如由热稳定弹性体涂层形成，例如硅树脂涂层。

关于位置公差的补偿，特别是角度失准、轴向偏移和/或长度偏移的补偿，已证明特备有利的是，当在纵向区段中观察时，根据本发明的管连接布置的两个凸起的球形节段中的至少一个、优选两个凸起的球形节段形成邻近管端的平滑外部的圆形节段，其中以下条件中的至少一个适用于圆形节段：

a)从圆形节段的圆的中心测得的中心角为90°到120°，优选100°到110°，

b)节段高度与由圆的弦限定的节段长度的比率为1:3到1:5，优选1:3.5到1:4.2，

c)节段高度与半径的比率为1:2到1:3，优选1:2.4到1:2.7，

b)半径与由圆的弦限定的圆形节段长度的比率为1:1.25到1:1.75，优选1:1.4到1:1.6，最优选为大约1:1.15。

以上给定的比率以一种方式解释成使得在各个情况中称为第二的值是称为第一的值的倍数，即，在节段高度与圆的弦的比率b)的情况下，例如，1:3的比率在具体用语中意思是圆的弦为节段高度的三倍。这同样类似地适用于在点c)和d)中给出的比率，以及下文可能提到的任何比率。

如已经阐释的那样，由发明人进行的研究显示了必须满足提到的至少一个条件，以便使得结构可用，借助于该结构，可以以功能可靠的方式在较宽范围内补偿位置公差和高的热负载，同时关于较宽范围内的位置公差的补偿仍实现特别良好的结果(如果同时满足提到的a)到d)的所有条件)。

提到的各个条件具有的效果在于，甚至在大轴向偏移或角度失准的情况下，凸起的球形节段可以以期望的圆形线接触以功能上可靠且防漏的方式抵靠在接触管的内壁上。此外，根据另一个特别优选的实施例，如果基于穿过管连接布置的纵向区段的凸起的球形节段的接触点在管连接的开始位置离连接管的内壁与球形节段相关联的插入边缘的距离为节段高度的最多2.5倍，优选节段高度的最多2.0倍，且节段高度的至少1.0倍，优选节段高度的至少1.5倍，这可进一步提高。就此实施例而言，有可能不但获得相对较大的角度失准和轴向偏移，而且以功能可靠的方式获得外部连接管内的管端的移位。

还证实关于管大小总体有利的是，如果凸起的球形节段外的区域中的圆形节段的半径与管端的外径的比率为1:1.1到1:1.4，优选1:1.2到1:1.3。这也意味着确保了设有凸起球形节段的管端可相对于连接管在相对大的角度范围内移位。

在制造方面特别有利的是，如果管端处的两个凸起的球形节段为具有几何上相同大小的等同设计，因此允许连接管以特别简单且廉价的方式产生，例如，因为其可从两侧接纳一个和另一个管端。这减少了不同的部分的数目，且有助于降低生产成本和储存成本。

管连接布置的凸起球形节段中的至少一个、优选两个凸起的球形节段为具有相关联的管端的材料一致和/或整体设计，其通过适合的加工制成，例如借助于车削或磨削，或通过成形。然而，作为备选，还有可能的是，凸起的球形节段中的至少一个、优选两个凸起的球形节段由单独的构件形成，该构件主动地和/或非主动地和/或主动地连接到其相关联的管端。后一变型实施例具有的优点在于，管端可基本上制造成等同的部分，且可独立地设有对应期望的球形节段。

根据特别优选的第一实施例，管端具有内螺纹，凸起的球形节段可借助于插口部分拧入内螺纹中，插口部分邻近球形节段且具有对应的外螺纹。作为备选，管端可具有外螺纹，凸起的球形节段可借助于插口部分拧到外螺纹上，插口部分邻近球形节段且具有对应的内螺纹。连同此类螺纹紧固的解决方案，其中球形节段具有至少一个工具应用特征的结构是有利的。例如，该工具应用特征可通过多个外槽口类型的接合凹口形成作为工具应用特征。

然而，作为刚刚描述的螺纹紧固解决方案的备选方案，球形节段可具有内部凹口，且可压到管端上作为外部挤压构件。然而，作为备选，球形节段还可具有插口部分，借助于其，球形节段压入管端中作为内部挤压构件。明显的是，在具有插口部分的所有前述实施例的情况中，球形节段然后以对应方式从管端自由地突出，使得其可插入或推入连接管中。

对于管端与球形节段的特别牢固的连接，可至少在一些区域或多个区域中设置为将它们材料地连接。焊接和/或钎焊特别适用于材料连接。

利用根据本发明的排气管线和根据本发明的商用车辆获得的优点准确对应于结合根据本发明的管连接布置在上文更详细阐释的那些。

这里，待连接的管端优选由相邻的排气歧管区段形成，但大体上，它们也可由排气歧管区段和与气缸盖相关联的管区段形成，或由热介质流过期间的任何管形成，例如，在与排出气体再循环管线和/或通向排气涡轮增压器的管线对接的区域中，以进一步提出根据本发明的管连接布置结合后者的优选使用在内燃机的排气管线中的进一步可能的使用。

附图说明

下文参照附图更详细阐释了本发明，在附图中：

图1示意性地且通过举例示出了根据本发明的管连接布置的外部透视图，

图2在侧视图中示出了根据图1的管连接布置，

图3示出了处于开始位置的沿线A-A穿过根据图2的管连接布置的截面，其中保持在连接管中的两个管端示为在开始位置或初始位置，且准确对准，

图4示出了对应于图3的图示，其中管端不再对准，而是具有关于图3中所示的开始位置补偿的轴向偏移或角度失准，

图5示意性地示出了具有球形节段的备选实施例，球形节段具有插口部分，其中插口部分具有外螺纹，借助于外螺纹，其拧入相关联的管端上的内螺纹中，以及

图6示出了形成图5的备选方案的实施例，其中球形节段的插口部分具有内螺纹，其拧至相关联的管端上的相应外螺纹。

参考标号列表

1 管连接布置

2 管端

3 管端

4 中心线

5 中心线

6 轴向间隙

7 球形节段

8 连接管

9 内壁

10 圆形线

11 平滑外部

12 圆形节段

13 插入边缘

14 倒角

15 隔热涂层

16 球形节段接触区域

17 内壁节段

18 催化活性涂层

19 内螺纹

20 外螺纹

21 插口部分

22 内部凹口

23 外螺纹

24 内螺纹

25 工具应用特征。

具体实施方式

在图1中，示意性地且通过举例示出了根据本发明的管连接布置1的外部透视图，所述布置这里例如用于连接两个管端2、3，例如，内燃机(这里未特别示出)的排气管线(未特别示出)中的排气歧管(同样未特别示出)的相邻排气歧管区段。

如尤其可从示出图1的侧视图的图2和示出沿图2中的线A-A的截面的图3所见，当一起观察时，管连接布置1这里具有两个管端2、3，其关于它们的中心线4、5对准，与彼此沿轴向对准，且借助于轴向间隙6间隔开，所述管端中的各个具有在其外周表面上以环形形状环绕的凸起的球形节段7。

在图3中示为，处于其开始位置而没有轴向偏移和角偏移且因此与彼此准确对准的两个管端2、3借助于其凸起的球形节段7容纳在连接管8中，连接管8在交叠区段中在外部包绕管端2、3。

这里，举例来说，该连接管8设计为具有总体恒定的内径和外径的圆柱形管，且因此具有平滑且圆形-圆柱形设计的内壁9，具有总体相等的内径，在其上，管端2、3的两个凸起的球形节段7分别在图1至图3中所示的插入状态中沿圆形线10抵靠，其仅以示意性方式且在图1中以虚线示出，且在图2和图3中仅以极为示意性的方式示出(在此情况中，以二维投影)。

就圆形线形式的此接触而言，使得可能利用球形节段7与连接管8的内壁9之间的接触点将两个管端的轴向偏移和角偏移在较宽范围内或在较大程度上以功能可靠的方式容纳在相对较大的范围中，其中球形节段7与连接管8的内壁9之间的接触点如之前那样防漏，这在图4中示意性地指出。具体而言，两个凸起的球形节段7出于此目的优选地设计成使得当在纵向截面(图3)中观察时，它们形成邻近管端2、3的平滑外部11的圆形节段12，以下条件中的至少一个，优选所有适用于该圆形节段：

a)从圆形节段12的圆的中心M测得的中心角α为90°到120°，优选100°到110°，

b)由圆的弦限定的节段高度h与节段长度l的比率为1:3到1:5，优选1:3.5到1:4.2，

c)节段高度h与半径r的比率为1:2到1:3，优选1:2.4到1:2.7，

d)由圆的弦限定的半径r与圆形节段长度l的比率为1:1.25到1:1.75，优选1:1.4到1:1.6，更优选为大约1:1.15，

e)凸起的球形节段7的接触点A(其为圆形线10的一部分)(基于穿过图3中所示的管连接布置1的纵向截面)与连接管的内壁9的与球形节段7相关联的插入边缘13的距离ü为节段高度h的最多2.5倍，优选节段高度h的最多2.0倍，以及节段高度h的至少1.0倍，优选节段高度h的最少1.5倍，

f)圆形节段的半径r与凸起的球形节段7外的区域中的管端2、3的外径D_a的比率为1:1.1到1:1.4，优选1:1.2到1:1.3。

如从图3中的示意性图示中进一步可见，尽管在此情况中为了清楚起见，仅在连接管8的右手端处示出倒角14，特别是圆形的倒角14，如图所示，但倒角可设在连接管8的两个相对端的至少一者、优选两者上，所述倒角尤其是在球形节段7的外径关于连接管8的内壁9的对应的相关内径尺寸过大时，便于将管的端部的球形节段7插入连接管8中。

如从图3以纯粹示意性的方式呈现且如这里仅以虚线所示，连接管8可至少在一些区域或多个区域中在其外部设有隔热涂层15。例如，这可通过保温材料或隔热材料形成。

根据另一个特别优选的实施例，实现排出气体净化和/或有助于排出气体净化的涂层18(特别是催化活性涂层18)可特别地设在位于两个球形节段接触区域16之间的内壁节段17中。仅出于清楚的目的，其在此以夸大的量示为凸起的。

内壁9和球形节段7的表面两者可进一步设有耐磨涂层，或形成有这样的耐磨涂层，例如，通过合金的沉淀硬化。

如图1至图4中的示范性实施例中所示，管端2、3处的两个凸起的球形节段7可为几何上大致相同大小的等同设计，且因此形成等同的部分。出于此目的，例如，相应的凸起球形节段7可为具有相关联的管端的材料一致和/或一体的设计，例如，有可能通过加工或通过成形来实现。

作为备选，如图5和图6中在各种情况下关于这里在左侧的球形节段7通过示例所示，对于凸起的球形节段7中的至少一个，还有可能的是其由单独的构件形成，该构件然后可主动地和/或非主动地和/或主动地连接到其相关联的管端2。

如图5中通过示例所示，例如，管端2可具有内螺纹19，凸起的球形节段7可借助于插口部分21拧入内螺纹19中，插口部分21邻近球形节段7且具有对应的外螺纹20。明显的是，插口部分21和球形节段7这里分别具有或形成内部凹口22，其形成中空管端2的延伸部。

作为图5中的该实施例的备选方案，在类似的实施例中，还可设置为使插口部分21压入管端中。

图6示出了图5的备选实施例，其中管端具有外螺纹23，凸起的球形节段7借助于插口部分21拧到外螺纹23上，插口部分21邻近球形节段7且具有对应的内螺纹24。

用于将球形节段拧至相关联的管端的工具应用特征25(例如，以至少一个槽口类型的接合凹口的形式)然后可设在球形节段7上，在此情况下，更特别而言在形成球形节段7的一部分的插口部分21上。在此情况中，工具应用特征25另外或作为备选还可直接地形成在球形节段7自身上，即，不形成在球形节段7的插口部分21上。

作为图6中的该实施例的备选方案，在类似的实施例中，还可设置为使中空球形节段7压到管端上。

此外，由单独的构件产生的球形节段7可作为备选或另外还通过材料接头连接到相关联的管端2，例如，通过焊接和/或钎焊。