CN106826105A - 用于制造具有至少一个传感器支座的、用于车辆排气设备的催化器壳体系统的方法 - Google Patents

用于制造具有至少一个传感器支座的、用于车辆排气设备的催化器壳体系统的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于制造具有至少一个传感器支座(60)的、用于车辆排气设备的催化器壳体系统(12)的方法，包括如下步骤：a)提供至少一个传感器支座‑板坯(42)，b)通过挤孔成形在传感器支座‑板坯(42)中这样形成至少一个传感器接纳开口(48)，使得开口长度(L)大于在实施步骤b)之前传感器支座‑板坯(42)的材料厚度(D)，c)在所述至少一个传感器接纳开口(48)中产生内螺纹(56)以便提供传感器支座(60)。本发明还涉及用于车辆排气设备的催化器系统。

Description

用于制造具有至少一个传感器支座的、用于车辆排气设备的 催化器壳体系统的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造具有至少一个传感器支座的、用于车辆排气设备的催化器壳体系统的方法。
背景技术
US2007/00178026A1公开了一种催化器系统，在该催化器系统上可以设置用于传感器(例如气体传感器)的传感器支座。所述催化器系统在图1中示出，且总体上用10表示。所述催化器系统包括催化器壳体系统12，所述催化器壳体系统具有构造为例如带有圆形横截面的管状的、也就是基本上圆柱形的壳体中心区域14，并且在壳体中心区域的两个端部区域上分别具有一个圆锥形的壳体端部区域16、18。催化器壳体系统12的催化器壳体19的壳体中心区域14以及壳体端部区域16、18例如由板料制成。在催化器壳体19的内部空间中设置两个催化器单元20、22。每个催化器单元20、22包括例如单独构造的催化器块24、26以及围绕所述催化器块且通过压配合支承在壳体中心区域14中的支承衬垫28、30。通过壳体端部区域16的开口32，从内燃机喷出的废气可以进入催化器系统10中。通过壳体端部区域18的开口34，废气可以从催化器系统10中逸出。
在壳体中心区域14上设置例如环状的凸肩36，构造为内螺纹元件的传感器支座通过焊接固定在所述凸肩上。传感器(例如气体传感器)可以拧入传感器支座中并且由此穿过设置在催化器壳体19上的传感器开口38接合在所述两个催化器单元20、22之间构成的间隙40中，并且在那里检测气体组成、例如氧气含量或氮氧化物含量。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种方法，用此方法可以简单地制造允许可靠保持至少一个传感器的用于车辆排气设备的催化器壳体系统。
根据本发明，此目的通过一种用于制造具有至少一个传感器支座的、用于车辆排气设备的催化器壳体系统的方法得以实现，包括如下步骤：
a)提供至少一个传感器支座-板坯，
b)通过挤孔成形在传感器支座-板坯中这样形成至少一个传感器接纳开口，使得开口长度大于在实施步骤b)之前传感器支座-板坯的材料厚度，
c)在所述至少一个传感器接纳开口中产生内螺纹以便提供传感器支座。
在按照本发明的方法中，通过挤孔成形形成至少一个传感器接纳开口，在开口产生的同时也在包围开口的区域中产生材料集聚。因此，所述开口具有大于传感器支座-板坯的初始厚度的开口长度，从而可以提供用于产生足够长的内螺纹的材料。
此外，按照本发明的方法可以包括如下步骤：
d)提供优选由板料制成的、具有至少一个传感器开口的催化器壳体，
e)在步骤b)之前或在步骤c)之后或在步骤b)之后且在步骤c)之前，在催化器壳体上固定至少一个传感器支座-板坯或传感器支座。
因此在该操作方式中，传感器支座-板坯还可以在产生开口前固定在其中或在引入内螺纹前固定在催化器壳体系统上。作为替代形式，已完成的、也就是已经设有开口和螺纹的传感器支座可以固定在催化器壳体系统上。催化器壳体可以在此按照再加工的类型已经提供为由多个部件或区域组装而成的壳体，或者可以以还未组装成壳体的壳体零件提供，以用于后续加工，尤其还用于安装一个或多个传感器支座或传感器支座-板坯。
为了能够保证将传感器支座稳定地且气密地安装到催化器壳体上，建议步骤e)包括通过焊接实现所述固定。
在此例如可以设定，步骤e)包括将至少一个传感器支座-板坯或传感器支座放置到催化器壳体的外表面上并且通过角焊实现所述固定。作为替代形式，为了使传感器支座的过渡部与催化器壳体的外表面齐平而可以设置，步骤e)包括将至少一个传感器支座-板坯或传感器支座嵌入到在传感器开口的区域中构成在催化器壳体上的传感器支座凹窝中以及通过I型缝焊实现所述固定。
步骤d)可以包括提供如下催化器壳体，所述催化器壳体具有基本上圆柱形的壳体中心区域并且在壳体中心区域的至少一个端部上具有基本上圆锥形的壳体端部区域，或/和可以包括提供在壳体中心区域中具有至少一个传感器开口的催化器壳体。尤其是，利用板料进行构造可以简单且低成本地实施并通过焊接实现一个或多个传感器支座的稳定连接。
此外，步骤d)可以包括在至少一个壳体端部区域中具有至少一个传感器开口的催化器壳体，或/和可以包括提供在从壳体中心区域到壳体端部区域的至少一个过渡区域中具有至少一个传感器开口的催化器壳体。
此外，本发明涉及用于车辆排气系统的催化器系统，包括具有按照本发明的方法制造的催化器壳体系统。
在此优选地，在至少一个固定在催化器壳体系统上的传感器支座上通过螺纹接合承载至少一个传感器。所述螺纹接合能够实现一方面稳定地、另一方面气密地将传感器通过传感器支座连接到催化器壳体系统上。
至少一个承载在所述催化器壳体系统上的传感器可以是气体传感器，优选是O2传感器或NOX传感器，或/和至少一个承载在所述催化器壳体系统上的传感器可以是温度传感器。因此原则上，在催化器壳体系统上，多个例如不同的传感器也可以承载在不同的位置上，以便因此能够提供关于燃烧废气的状态或组成的全面信息。
在催化器壳体系统中可以承载至少一个催化器单元。
附图说明
下面将借助附图详细说明本发明。其中：
图1示出由现有技术已知的催化器系统的纵剖面视图；
图2示出传感器支座-板坯的剖面图；
图3示出在实施挤孔成形过程中图2的传感器支座-板坯；
图4示出在螺纹切削过程中的传感器支座-板坯；
图5示出在催化器壳体上的传感器支座，其具有支承在其上的传感器；
图6示出用角焊缝固定在催化器壳体上的传感器支座；
图7示出用I型焊缝固定在催化器壳体上的传感器支座；
图8示出固定在壳体中心区域的区域中的传感器支座；
图9示出固定在从壳体中心区域到壳体端部区域的过渡区域中的传感器支座；
图10示出固定在壳体端部区域中的传感器支座；
具体实施方式
在接下来开始详细说明催化器壳体系统、尤其是用于其的传感器支座的制造方法之前，要指出的是，原则上这种要制造的催化器壳体系统或包括该催化器壳体系统的催化器系统的结构可以如在图1中已示出的那样及在先借助图1说明的那样设置。因此，接下来在使用开头已用的附图标记的情况下也在本发明的上下文中涉及这样的催化器壳体系统或催化器系统(如在图1中示出的催化器壳体系统或催化器系统)的基本结构。
图2示出总体上用42表示的传感器支座-板坯42贴靠在催化器壳体19(这里即壳体中心区域14)的外表面44上。传感器支座-板坯42可以通过从例如金属板的板材基本材料上进行分离、例如冲裁或剪切而作为首先基本上平面的构件被提供，然后例如通过挤压、弯曲或深拉而变形为用于后续使用的期望形状。在此，这样提供具有成形为贴靠在催化器壳体19上的边缘区域46的传感器支座-板坯42，使得所述边缘区域46可以贴靠在包围传感器开口38的整个区域中的外表面44上。
在接下来以及图3形象说明的工作步骤中，通过挤孔成形在传感器支座-板坯42中产生传感器接纳开口48。挤孔成形，普遍也已知为“流动钻孔(Flow Drilling)”或“热摩擦钻孔(Thermal Friction Drilling)”，在使用加热到高温的且围绕其纵轴线旋转的芯轴状工具50的情况下实施。工具50压到传感器支座-板坯42上。在此，在通过工具50加载的区域中传感器支座-板坯42的金属材料局部融化并且朝向侧面排挤。在此，在包围传感器接纳开口48的区域中产生在传感器支座-板坯42两侧的材料加厚部52，使得贯穿所述材料加厚部52的传感器接纳开口48具有开口长度L，其大于传感器支座-板坯42的板料的初始厚度D。通过工具50，在挤孔成形时可以提供在材料加厚部52的区域中也具有用于传感器的基本上平面的贴靠面54的传感器支座-板坯42。如接下来还描述的那样，贴靠面54在已完成的催化器壳体系统12中位于外侧。
在图4中形象说明的接下来的工作步骤中，在形成在材料加厚部52的区域中的传感器接纳开口48中切削内螺纹56。内螺纹56可以通过对应的工具58直接在产生传感器接纳开口38后在传感器支座-板坯42还热的状态中产生，或可以在传感器支座-板坯42已经基本上冷却时产生。
在内螺纹56产生后，传感器支座-板坯42基本上完成加工，使得提供总体用60表示的传感器支座。所述传感器支座在图5中形象说明的工作步骤中以其边缘区域46通过焊接固定在催化器壳体19的外表面44上(在示出的、壳体中心区域14的示例中)。在图5和图6示出的通过焊接固定的类型中，边缘区域46放置到基本上无台阶的、但基于壳体中心区域14的管状构型而弯曲的外表面44上。在边缘区域46与外表面44之间成角度的过渡区域中，通过角缝焊可以产生包围整个边缘区域46的且所述边缘区域因此连接到催化器壳体19上的焊缝62。因此在传感器支座60与催化器壳体19之间产生稳定的且尤其是气密的连接。
然后，在传感器支座60中可以拧入总体用64表示的传感器，使得在其上设置的外螺纹66与内螺纹56螺纹接合。传感器64可以拧入为直到在其上例如构造为外六角的止挡件68可能在中间放置环状的密封元件的情况下气密地贴靠在传感器支座60的贴靠面54上。
在制造或固定传感器支座60时也可以以其他时间顺序来实施不同的上述工作步骤。这样在提供具有期望形状的传感器支座-板坯42之后可以通过焊接将传感器支座-板坯固定在催化器壳体19上。然后接下来可以通过挤孔成形提供传感器接纳开口48，然后在所述传感器接纳开口中产生内螺纹56。作为替代形式，当通过挤孔成形在传感器支座-板坯中产生传感器接纳开口48时，但在传感器接纳开口38中切削内螺纹56之前，传感器支座-板坯42可以通过焊接固定在催化器壳体19上。
图7示出传感器支座60或传感器支座-板坯42按照工作步骤的顺序连接到催化器壳体19上的可替代形式。在此变型方案中，在催化器壳体19上、例如在壳体中心区域14上设置传感器支座凹窝70，其圆周轮廓对应于传感器支座60或传感器支座-板坯42的圆周轮廓。在传感器支座凹窝70中嵌入传感器支座60或传感器支座-板坯42，使得在边缘区域46和包围传感器支座凹窝70的壁72之间留有间隙。在所述间隙中引入包围整个边缘区域46的且基本上完全填充所述间隙的I型焊缝64，也称为双面全焊缝。传感器支座60或传感器支座-板坯42的边缘区域46因此基本上齐平地、也就是基本上无台阶地通过焊缝74过渡到催化器壳体19的外表面44中。
图8-10示出传感器支座60在催化器壳体19上的定位的不同形式。在图8中示出的定位基本上也对应于如用于图1结构中的传感器支座的定位。传感器开口38设置在壳体中心区域14中，尤其是设置在构造在两个催化器单元20、22之间的间隙40的区域中。要固定在传感器支座60上的传感器可以接合到间隙40中或检测在所述区域中的气体组成或气体温度。
在根据图9的构型方式中，传感器支座60设置在壳体中心区域14和例如壳体端部区域18之间的过渡区域76中。在该变型方案中，传感器开口38例如部分地构造在壳体中心区域14中并且部分地构造在壳体端部区域18中。传感器支座60或传感器支座-板坯42的边缘区域46例如通过角焊固定在催化器壳体19的外表面44上。
在图10中示出的构型变型方案中，传感器支座60或传感器支座-板坯42完全例如设置在壳体端部区域18上。传感器开口38完全设置在壳体端部区域18的圆锥形区域中。
对于在图9中形象说明的传感器支座60的定位有利的是，在传感器支座60被安装在过渡区域76上之前，催化器壳体19的不同区域或元件、也就是壳体中心区域14和壳体端部区域16、18例如通过焊接或/和压配合相互连接。在图8和10中示出的定位中，在催化器壳体19的区域或元件被组装之前或之后，传感器支座60可以固定在催化器壳体19的相应的区域或相应的元件上。
对此要指出的是，在催化器壳体19上可以设置多个传感器支座60。所以例如可以在两个壳体端部区域16、18中的每个壳体端部区域上分别设置至少一个传感器支座60，以便能够例如检测在两个催化器单元20、22的上游区域中以及在所述催化器单元20、22的下游区域中的气体组成或气体温度，或能够分别检测在这些区域中的不同的测量参数。替代地或附加地，也可以在壳体中心区域14上例如沿圆周方向相继地设置多个传感器支座60。
此外，在至少一个传感器载体中可以设置多个传感器接纳开口，例如并排设置两个传感器接纳开口，使得多个传感器可以被承载在一个唯一的传感器支座上，所述传感器例如构造用于检测不同的测量参数。在这种情况中，一方面传感器支座以及另一方面配设给该传感器支座的、设置在催化器壳体上的传感器开口能够相应较大地确定尺寸。进一步可以在催化器壳体上设置不同造型的传感器支座，以便能够例如根据安装地点为了分别要在那里配置的传感器保证合适的安装位置。

Claims (13)

1.用于制造具有至少一个传感器支座(60)的、用于车辆排气设备的催化器壳体系统(12)的方法，包括如下步骤：
a)提供至少一个传感器支座-板坯(42)，
b)通过挤孔成形在传感器支座-板坯(42)中这样形成至少一个传感器接纳开口(48)，使得开口长度(L)大于在实施步骤b)之前传感器支座-板坯(42)的材料厚度(D)，
c)在所述至少一个传感器接纳开口(48)中产生内螺纹(56)以便提供传感器支座(60)。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于如下步骤：
d)提供优选由板料制成的、具有至少一个传感器开口(38)的催化器壳体(19)，
e)在步骤b)之前或在步骤c)之后或在步骤b)之后且在步骤c)之前，在催化器壳体(19)上固定至少一个传感器支座-板坯(42)或传感器支座(60)。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤e)包括通过焊接实现所述固定。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤e)包括将至少一个传感器支座-板坯(42)或传感器支座(60)放置到催化器壳体(19)的外表面(44)上并且通过角焊实现所述固定。
5.按照权利要求3或4所述的方法，其特征在于，步骤e)包括将至少一个传感器支座-板坯(42)或传感器支座(60)嵌入到在传感器开口(38)的区域中构成在催化器壳体(19)上的传感器支座凹窝(70)中并且通过I型缝焊实现所述固定。
6.按照权利要求2至4之一所述的方法，其特征在于，步骤d)包括提供如下催化器壳体(19)，所述催化器壳体具有基本上圆柱形的壳体中心区域(14)并且在壳体中心区域(14)的至少一个端部上具有基本上圆锥形的壳体端部区域(16、18)。
7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤d)包括提供在壳体中心区域(14)中具有至少一个传感器开口(38)的催化器壳体(19)。
8.按照权利要求6或7所述的方法，其特征在于，步骤d)包括提供在至少一个壳体端部区域(16、18)中具有至少一个传感器开口(38)的催化器壳体(19)。
9.按照权利要求6至8之一所述的方法，其特征在于，步骤d)包括提供在从壳体中心区域(14)到壳体端部区域(16、18)的至少一个过渡区域(76)中具有至少一个传感器开口(38)的催化器壳体(19)。
10.用于车辆排气设备的催化器系统，包括按照前述权利要求之一所述的方法制造的催化器壳体系统(12)。
11.按照权利要求10所述的催化器系统，其特征在于，在至少一个设置在催化器壳体系统(12)上的传感器支座(60)上通过螺纹接合承载至少一个传感器(64)。
12.按照权利要求10或11所述的催化器系统，其特征在于，至少一个承载在催化器壳体系统(12)上的传感器(64)是气体传感器，优选是O2传感器或NOX传感器，或/和至少一个承载在催化器壳体系统(12)上的传感器(64)是温度传感器。
13.按照权利要求10至12之一所述的催化器系统，其特征在于，在催化器壳体系统(12)中承载至少一个催化器单元(20、22)。
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