CN111219238B - 用于制造排气设备的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造排气设备的方法和系统，具有措施：a)提供包括由金属材料构造的壁的排气导向构件；b)提供由金属材料制成的要在排气导向构件的壁上固定的传感器接纳接管，传感器接纳接管具有要在排气导向构件外定位的传感器接纳区域(28)和要嵌接到排气导向构件(26)的壁(38)中定位的连接区域；c)在壁的用于固定传感器接纳接管而设置的紧固区域(39)中，将传感器接纳接管(22)以其连接区域向排气导向构件的壁的外表面(40)挤压且围绕接管纵轴线旋转传感器接纳接管，使得至少传感器接纳接管的连接区域穿入到排气导向构件的壁的结构材料中且在壁的金属材料和传感器接纳接管的金属材料之间产生材料锁合的连接。

Description

用于制造排气设备的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种用于制造排气设备的方法，所述排气设备例如可以在车辆中使用，以便将从内燃机喷出的燃烧排气朝环境放出。此外，本发明涉及一种用于制造排气设备的系统。
背景技术
为了内燃机或/和在这样的排气设备中包含的排气净化布置结构、例如颗粒过滤器、氧化催化器或SCR催化器的尽可能有害物质少的运行，需要的是，在这样的排气设备的区域中提供不同的涉及排气的信息。这例如涉及代表排气温度或排气成分的信息。为此可以在排气设备的区域中设置提供这样的信息的传感器，所述传感器为了提供测量信号可以与在排气设备中流动的排气进入相互作用中。
发明内容
本发明的任务是，提供一种用于制造排气设备的方法，利用所述方法，可以以简单的方式设置结构上的措施，以用于将一个或多个传感器设置在排气设备上。
按照本发明，该任务通过一种用于制造排气设备的方法解决，所述排气设备尤其是用于车辆的内燃机，所述方法具有措施：
a)提供包括由金属材料构造的壁的排气导向构件，
b)提供由金属材料制成的要在排气导向构件的壁上固定的传感器接纳接管，其中，传感器接纳接管具有至少部分地要在排气导向构件外定位的传感器接纳区域和要嵌接到排气导向构件的壁中定位的连接区域，
c)在壁的用于固定传感器接纳接管而设置的紧固区域中，将传感器接纳接管以其连接区域向排气导向构件的壁的外表面挤压并且在此围绕接管纵轴线这样旋转传感器接纳接管，使得至少传感器接纳接管的连接区域穿入到排气导向构件的壁的结构材料中并且在壁的金属材料和传感器接纳接管的金属材料之间产生材料锁合的连接。
在按照本发明的方法中，传感器接纳接管以所谓的Flow-Drill-(热熔钻)方法的型式加入排气导向构件的壁中。基于压力和传感器接纳接管的旋转以及传感器接纳接管和排气导向构件的壁之间的在此产生的摩擦相互作用，首先排气导向构件的壁熔化，从而传感器接纳接管可以穿过所述壁。因为传感器接纳接管也以金属材料构造，所以可以在连接过程结束时当传感器接纳接管到达其相对于排气导向构件的壁设置的理论安装位置中并且其旋转结束时，传感器接纳接管的结构材料与排气导向构件的壁的结构材料进入材料锁合的连接中。用于建立材料锁合的连接的其他措施、例如焊接过程的实施于是是不需要的。
因为在按照本发明的方法中，在排气导向构件的壁中的开口在传感器接纳接管穿入时产生，所以为了可尽可能简单实施的制造过程提出，在实施措施c)之前，在紧固区域中没有开口在用于接纳传感器接纳接管的壁中形成，亦即紧固区域首先无开口地提供。
也可以设置为，在措施a)中，提供在紧固区域中具有弯曲的外表面的排气导向构件。这表示，例如当排气导向构件构成为管时，在紧固区域中无须产生管的展平部，因为通过排气导向构件的壁在引入传感器接纳接管时排挤的结构材料，在排气导向构件的壁中产生接纳传感器接纳接管的开口的凸起状的边缘区域，并且凸起状的边缘区域基于如下情况紧贴到传感器接纳接管的几何结构上，即，在该状态中，壁的结构材料熔化并且因此可流动。
传感器接纳接管穿入到排气导向构件的壁的结构材料中可以由此被辅助，即，在措施b)中提供具有尖端状变细的连接区域的传感器接纳接管。例如可以设置为，提供包括具有截锥状的外周边轮廓的连接区域的传感器接纳接管。
为了辅助传感器接纳接管相对于壁的确定的定位，可以在措施b)中提供具有连接到连接区域上的过渡区域和连接到过渡区域上的、相对于过渡区域径向扩大的传感器接纳区域的传感器接纳接管。例如可以提供具有柱形的外周边轮廓的过渡区域并且过渡区域可以在阶梯状的加宽部中过渡到传感器接纳区域中。
在一种备选的设计中，可以放弃这样的过渡区域并且在措施b)中为传感器接纳接管提供连接到连接区域上的传感器接纳区域。为此可以例如设置为，连接区域在其连接到传感器接纳区域上的轴向的端部区域中具有对应于传感器接纳区域的外部尺寸的外部尺寸。
通过在压力下实施的旋转过程和在此产生的摩擦热，尤其是排气导向构件的壁的结构材料熔化，从而传感器接纳接管可以穿过所述壁。只要传感器接纳接管相对于壁旋转，则不会产生这两个构件之间的材料锁合的连接。因此进一步提出，在措施c)中当传感器接纳接管到达相对于排气导向构件的壁的理论安装位置时，结束传感器接纳接管围绕接管纵轴线的旋转。在这时在理论安装位置中相对于壁定位的、但相对于所述壁不再运动的传感器接纳接管中，这两个构件的材料可以在其彼此邻接的表面区域中基于其在该状态中具有非常高的温度而相互熔接并且以这种方式产生材料锁合。
为了确保在传感器接纳接管旋转时在传感器接纳接管和壁之间在周边上均匀的相互作用，提出，传感器接纳接管至少在其嵌接到壁中或要穿过所述壁定位的长度区域中提供有基本上旋转对称的外周边轮廓。
排气导向构件的壁可以例如以板料构造。传感器接纳接管可以以优选奥氏体的优质钢材料构造。
本发明此外涉及一种用于制造排气设备的系统，所述排气设备尤其是用于车辆的内燃机，所述系统具有如下模块：
a)第一提供模块，所述第一提供模块用于提供包括由金属材料构造的壁(38)的排气导向构件，
b)第二提供模块，所述第二提供模块用于提供由金属材料制成的要在排气导向构件的壁上固定的传感器接纳接管，其中，传感器接纳接管具有要至少部分地在排气导向构件外定位的传感器接纳区域和要嵌接到排气导向构件的壁中定位的连接区域，
c)连接模块，所述连接模块用于在壁的为固定传感器接纳接管而设置的紧固区域中将传感器接纳接管以其连接区域向排气导向构件的壁的外表面挤压并且在此围绕接管纵轴线旋转传感器接纳接管，使得至少传感器接纳接管的连接区域穿入到排气导向构件的壁的结构材料中并且在壁的金属材料和传感器接纳接管的金属材料之间产生材料锁合的连接。
附图说明
接着参考附图详细说明本发明。其中：
图1示出用于车辆的内燃机的排气设备；
图2示出要与排气导向构件连接的传感器接纳接管；
图3示出在图2中示出在连接到排气导向构件之后的传感器接纳接管；
图4以传感器接纳接管的备选的成型示出对应于图3的示图。
具体实施方式
图1示出用于车辆中的内燃机的总体以10表示的排气设备的示例。在排气设备10的上游的区域中，设置总体地以12表示的排气处理装置，其例如具有颗粒过滤器、催化器单元或类似物。然后接着的管路14引导从排气处理装置12中放出的排气至在下游的端部区域中定位的消声器16。通过一个或多个末端管18，排气从消声器16然后放出至环境。
在管路14的跟随排气处理装置12的管区段20中，在示出的示例中在两个位置上设置传感器接纳接管22、24。在所述传感器接纳接管22、24的区域中可以这样设置传感器、例如温度传感器和NOx传感器，使得其与在管路14中流动的排气相互作用并且因此提供关于所述排气的信息。
图2例如借助传感器接纳接管22说明，所述传感器接纳接管如何以简单的方式连接到总体看作为排气导向构件26的管路14上。
传感器接纳接管22在图2中示出的设计示例中具有在其外周边上基本上柱形并且例如以圆形的周边轮廓构造的传感器接纳区域28，所述传感器接纳区域沿接管纵轴线A的方向细长延伸。沿轴向方向跟随传感器接纳区域28设置例如同样柱形并且旋转对称地、亦即例如圆形成形的过渡区域30，所述过渡区域在阶梯状的径向加宽部32的区域中过渡到直径较大的传感器接纳区域28中。同样以旋转对称的外周边轮廓构成的连接区域34连接到过渡区域30上。连接区域34形成传感器接纳接管22的尖端并且例如从过渡区域30出发截锥状变细地构成。
在传感器接纳接管22的内部，设置完全贯穿传感器接纳接管的开口36。尤其是在传感器接纳区域28中传感器可以嵌入所述开口中。为此，所述开口36可以例如在其在传感器接纳区域28中延伸的区域中构成有内螺纹，从而互补地构造有外螺纹的传感器可以拧入传感器接纳接管22中。在连接区域34的区域中，适配于连接区域34的变细的轮廓，开口36也变细地构成。在与传感器接纳区域28远离的轴向的端部上，开口36敞开，从而通过开口36的该区域，在传感器接纳接管22中支承的传感器可以与在导管区段20中流动的排气进入相互作用中。
为了在紧固区域39中传感器接纳接管22到管路14或形成排气导向构件26的管路14的壁38上的固定连接，传感器接纳接管22夹紧到旋转工具中并且为了旋转围绕接管纵轴线A以每分钟500至1500转范围中的转速被驱动。在此，传感器接纳接管22施加有在800N至1000N范围中的沿接管纵轴线A的方向作用的力F并且这样挤压到紧固区域39中的壁38的外周边面40上。通过在此产生的摩擦热，壁40的结构材料这样强烈地加热，使得所述结构材料熔化，并且传感器接纳接管20的连接区域34可以穿过壁38。
如在图3中说明的，在此，壁38的在该图中黑地标绘的并且熔化的材料也向外偏移并且形成凸起状的边缘区域42。如果传感器接纳接管22在该阶段以阶梯状的径向加宽部32接近由壁38的还熔化的结构材料构成的凸起状的边缘区域42，则所述凸起状的边缘区域42与阶梯状的径向加宽部32以及还有过渡区域30和连接区域34的贯穿壁38的区段的成型适配。尤其是在此产生凸起状的边缘区域42在阶梯状的径向加宽部32上的沿周向围绕接管纵轴线A优选无中断地连续(durchlaufend)的贴靠接触。
如果在传感器接纳接管22的在旋转情况下进行的轴向移动运动的过程中，所述传感器接纳接管到达相对于壁38的理论安装位置，则传感器接纳接管22围绕接管纵轴线A旋转的转速逐渐减小，直至旋转结束并且传感器接纳接管22既不继续轴向相对于壁38移动，也不相对于壁38围绕接管纵轴线A旋转。在该状态中，一方面壁38和另一方面传感器接纳接管22的结构材料在其彼此邻接的表面区域中还这样热，使得其可以相互熔接并且进入材料锁合的连接中。该材料锁合的连接沿周向方向围绕接管纵轴线A不中断地环绕并且因此提供传感器接纳接管22到壁38上在其中这时形成的开口44中的完全气密的连接。在该状态下，传感器接纳接管22以其连接区域34的一部分穿过壁38伸出并且伸入到管路14的线路区段20的内部容积中。如在先已经说明的那样，在该区域中，传感器接纳接管22以其在其中形成的开口36轴向敞开，从而接着然后嵌入传感器接纳接管22中的传感器与在管路14中流动的排气可以进入相互作用中并且提供关于此的信息。
传感器接纳接管22'的一种备选的设计在图4中示出。可看出，在该设计中，连接区域34基本上无级并且没有过渡区域地过渡到传感器接纳区域28中。尤其是，在例如截锥状变细的连接区域34连接到以基本上柱形的外周边结构构成的传感器接纳区域28中的地方，连接区域34以与传感器接纳区域28的相同的周边尺寸、亦即例如在圆形的设计中的(相同的)直径构成。
在先前关于图2和3所述的用于引入传感器接纳接管22'到壁38中的过程中，在图4中示出的传感器接纳接管22'可以例如以其传感器接纳区域28移入直至凸起状的边缘区域42的区域中、必要时也直至壁38的区域中。传感器接纳接管22’也还可能进一步推移穿过在壁38中形成的开口44，从而例如基本上柱形成形的传感器接纳区域28也几乎或完全贯穿壁38或还朝线路区段20的内部伸出。在该情况中，连接区域34基本上具有功能，即，在用于建立连接的过程中，将开口引入壁38中，而在传感器接纳区域28的部分地延伸到壁38之中或延伸通过所述壁的部分中，实现传感器接纳接管22'和壁38之间的材料锁合的连接。
在用于制造排气设备、尤其是用于连接传感器接纳接管到排气设备的排气导向构件上的按照本发明的方法中，不需要的是，在排气导向构件的壁中引入传感器接纳接管之前，将接纳传感器接纳接管的开口、例如通过激光切割或其他的加工过程引入。也不需要的是：在传感器接纳接管应该安装在排气导向构件的壁上的紧固区域中，产生用于提供基本上未弯曲的平台区域的展平部，然后阶梯状的径向加宽部在传感器接纳接管上基本上在整个周边上贴靠地可以定位在所述平台区域上，以便接着在该区域中也通过产生焊缝实现传感器接纳接管到排气导向构件的壁上的气密的连接。按照本发明的方法不需要所有这些附加的加工措施并且允许，在以金属材料构造的排气导向构件的几乎任意的定位上安装传感器接纳接管。亦即这样的排气导向构件可以如在图1中示出的那样例如是管路，但备选地也可以是排气处理装置、消声器或类似物的壁。
为了利用按照本发明的方法产生稳定的材料锁合的连接，例如排气导向构件的壁可以以板料构造，而传感器接纳接管可以例如以奥氏体的优质钢构造。此外，当然可以利用按照本发明的方法将多个传感器接纳接管安装在排气导向构件上。为此目的，在先所述方法步骤可以对于每个要在排气导向构件上安装的传感器接纳接管单独实施或重复。

Claims (20)

1.用于制造排气设备的方法，所述方法具有如下措施：
a)提供包括由金属材料构造的壁(38)的排气导向构件(26)，
b)提供由金属材料制成的要在排气导向构件(26)的壁(38)上固定的传感器接纳接管(22)，其中，传感器接纳接管(22)具有要至少部分地在排气导向构件(26)外定位的传感器接纳区域(28)和要嵌接到排气导向构件(26)的壁(38)中定位的连接区域(34)，
c)在壁(38)的为固定传感器接纳接管(22)而设置的紧固区域(39)中，将传感器接纳接管(22)以其连接区域(34)向排气导向构件(26)的壁(38)的外表面(40)挤压并且在此围绕接管纵轴线(A)旋转传感器接纳接管(22)，使得至少传感器接纳接管(22)的连接区域(34)穿入到排气导向构件(26)的壁(38)的结构材料中并且在壁(38)的金属材料和传感器接纳接管(22)的金属材料之间产生材料锁合的连接，其中，在实施措施c)之前，在紧固区域(39)中没有开口在用于接纳传感器接纳接管(22)的壁(38)中形成，并且在措施b)中，提供具有尖端状变细的连接区域(34)的传感器接纳接管(22)。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在措施a)中，提供在紧固区域(39 )中具有弯曲的外表面(40)的排气导向构件(26)。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，提供包括具有截锥状的外周边轮廓的连接区域(34)的传感器接纳接管(22)。
4.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在措施b)中，提供具有连接到连接区域(34)上的过渡区域(30)和连接到过渡区域(30)上的、相对于过渡区域(30)径向扩大的传感器接纳区域(28)的传感器接纳接管(22)。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，提供具有柱形的外周边轮廓的过渡区域(30)。
6.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，过渡区域(30)在阶梯状的加宽部(32)中过渡到传感器接纳区域(28)中。
7.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在措施b)中，提供具有连接到连接区域(34)上的传感器接纳区域(28)的传感器接纳接管(22')。
8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，连接区域(34)在其连接到传感器接纳区域(28)上的轴向端部区域中具有对应于传感器接纳区域(28)的外部尺寸的外部尺寸。
9.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在措施c)中，当传感器接纳接管(22)到达相对于排气导向构件(26)的壁(38)的理论安装位置时，结束传感器接纳接管(22)围绕接管纵轴线(A)的旋转。
10.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为传感器接纳接管(22)至少在其嵌接到壁(38)中或要穿过该壁定位的长度区域中提供旋转对称的外周边轮廓。
11.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，排气导向构件(26)的壁(38)以板料构造，或/和传感器接纳接管(22)以优质钢材料构造。
12.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，传感器接纳接管(22)以奥氏体的优质钢材料构造。
13.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述排气设备是用于车辆的内燃机的排气设备。
14.用于利用按照权利要求1至13之一所述的方法制造排气设备的系统，所述系统具有如下模块：
a)第一提供模块，所述第一提供模块用于提供包括由金属材料构造的壁(38)的排气导向构件(26)，
b)第二提供模块，所述第二提供模块用于提供由金属材料制成的要在排气导向构件(26)的壁(38)上固定的传感器接纳接管(22)，其中，传感器接纳接管(22)具有要至少部分地在排气导向构件(26)外定位的传感器接纳区域(28)和要嵌接到排气导向构件(26)的壁(38)中定位的连接区域(34)，
c)连接模块，所述连接模块用于在壁(38)的为固定传感器接纳接管(22)而设置的紧固区域(39)中将传感器接纳接管(22)以其连接区域(34)向排气导向构件(26)的壁(38)的外表面(40)挤压并且在此围绕接管纵轴线(A)旋转传感器接纳接管(22)，使得至少传感器接纳接管(22)的连接区域(34)穿入到排气导向构件(26)的壁(38)的结构材料中并且在壁(38)的金属材料和传感器接纳接管(22)的金属材料之间产生材料锁合的连接，在所述材料锁合的连接之前，在紧固区域(39)中没有开口在用于接纳传感器接纳接管(22)的壁(38)中形成，并且所述第二提供模块提供具有尖端状变细的连接区域(34)的传感器接纳接管(22)。
15.按照权利要求14所述的系统，其特征在于，所述第一提供模块提供在紧固区域(39)中具有弯曲的外表面(40)的排气导向构件(26)。
16.按照权利要求14或15所述的系统，其特征在于，所述第二提供模块提供包括具有截锥状的外周边轮廓的连接区域(34)的传感器接纳接管(22)。
17.按照权利要求14或15所述的系统，其特征在于，所述第二提供模块提供具有连接到连接区域(34)上的过渡区域(30)和连接到过渡区域(30)上的、相对于过渡区域(30)径向扩大的传感器接纳区域(28)的传感器接纳接管(22)。
18.按照权利要求14或15所述的系统，其特征在于，所述第二提供模块提供具有连接到连接区域(34)上的传感器接纳区域(28)的传感器接纳接管(22')。
19.按照权利要求14或15所述的系统，其特征在于，当传感器接纳接管(22)到达相对于排气导向构件(26)的壁(38)的理论安装位置时，所述连接模块结束传感器接纳接管(22)围绕接管纵轴线(A)的旋转。
20.按照权利要求14所述的系统，其特征在于，所述排气设备是用于车辆的内燃机的排气设备。
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