DE102005025735B3 - Welded joint of air gap insulated waste gas bend useful in automobile construction has connecting flange, inner part for guiding hot gases and outer jacket - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Schweißverbund eines 1uftspaltisolierten Abgaskrümmers mit einem Verbindungsflansch gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The The invention relates to a welded joint of a Air gap insulated exhaust manifold with a connecting flange according to the preamble of claim 1.
Ein
gattungsgemäßer Schweißverbund
ist aus der
Bei
einer weiteren Variante des bekannten Schalenkrümmers, die in
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen gattungsgemäßen Schweißverbund dahingehend weiterzubilden, dass mit einer vereinfachten Herstellung eine möglichst optimale Festigkeit der Schweißverbundpartner aneinander gewährleistet wird.Of the Invention is based on the object, a generic welding composite to further develop that with a simplified production one possible optimum strength of the welded joint partners is guaranteed to each other.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 und durch die Merkmale des Patentanspruches 2 gelöst.The Task is inventively by the features of claim 1 and by the features of claim 2 solved.
Schon auf Grund der Tatsache, dass der erfindungsgemäße Schweißverbund des luftspaltisolierten Abgaskrümmers einen Einzelflansch als Verbindungsflansch aufweist, der nur einem einzigen Ende des Abgaskrümmers zugeordnet ist, wird die Anbringung einer umfänglichen Schweißnaht erheblich einfacher, da die Zugänglichkeit verbessert wird. Dadurch dass der Verbindungsflansch zudem noch einen zum Abgaskrümmer weisenden Kragen aufweist, an dem die Verschweißung erfolgt, wird der Ort der Schweißung aus der die Dichtfläche beinhaltenden für eine Schweißung schwer zugänglichen Flanschebene zurückversetzt, wodurch die Zugänglichkeit in erheblichem Umfang erleichtert wird, was in gleicher Weise die Herstellung des Schweißverbundes ganz besonders vereinfacht. Die Versetzung des Ortes der Verschweißung aus der erwähnten Flanschebene heraus bietet des Weiteren den Vorteil, dass die Dichtfläche des Verbindungsflansches auf Grund des Abstandes zum Schweißort nicht von der Schweißhitze beeinflusst wird und sich dadurch nicht verziehen kann. Ein nachträgliches mit großem Aufwand verbundenes Richten der Dichtfläche entfällt somit in einfacher Weise. Auch bei dem erfindungsgemäßen Schweißverbund gelangen bei dessen Herstellung keine Schweißspritzer in den Innenraum des Abgaskrümmers, an dessen Wänden diese sich festsetzen könnten. Dies wird einfach dadurch verhindert, dass die Schweißung von zylinderkopfabgewandter Seite des Verbindungsflansches erfolgt und somit nicht auf die Öffnung der Enden gerichtet ist, geschweige denn innerhalb der Bohrung des Verbindungsflansches ausgeführt wird. Schweißspritzer, die sich sonst an den Wänden des Innenraums des Innenteils des Abgaskrümmers festsetzen würden, lösen sich auf Grund von Vibrationen und thermischen Einflüssen im Motorbetrieb, wonach sie durch die Abgasströmung wie Geschosse einem im Abgasstrang integriertem Abgaskonverter und/oder einem Abgasturbolader zugeführt werden und nach Kollision mit diesen dort schwere Schäden anrichten, die unter Umständen zur völligen Funktionsuntauglichkeit führen.Nice due to the fact that the welded joint according to the invention of the air gap isolated exhaust manifold has a single flange as a connecting flange, the only one single end of the exhaust manifold is assigned, the attachment of a circumferential weld considerably easier because of accessibility is improved. The fact that the connecting flange also has one to the exhaust manifold has pointing collar, where the welding is done, the place of welding from the the sealing surface including for a weld hard to reach Flange plane retracted, ensuring accessibility be facilitated to a considerable extent, which in the same way the Production of the welded joint especially simplified. The displacement of the place of welding the mentioned Flanschebene out further offers the advantage that the sealing surface of Connecting flange due to the distance to the weld not from the sweat heat is influenced and can not be forgiven. An afterthought with big Effort associated straightening the sealing surface thus eliminated in a simple manner. Also in the welded joint according to the invention arrive at its production no welding spatter in the interior of the exhaust manifold, on the walls they could get stuck. This is simply prevented by the welding of cylinder side facing away from the connecting flange and thus not on the opening the ends are directed, let alone inside the bore of the Connecting flange executed becomes. Sweat spatter, the otherwise on the walls set the interior of the inner part of the exhaust manifold, dissolve due to vibrations and thermal influences in engine operation, according to which they through the exhaust flow as projectiles an exhaust gas converter integrated in the exhaust system and / or fed to an exhaust gas turbocharger and cause serious damage after colliding with them, the under circumstances to the utter Function unfit to lead.
In der einen Variante der Erfindung nach Anspruch 1 schlägt das Ende des Außenmantels in einem stumpfen Stoß an der Stirnseite des Kragens an. Hierdurch wird die Positionierung des Abgaskrümmers zum Einzelflansch in einfacher Weise klar definiert, wobei die Relativlage durch den Anschlag an der Stirnseite des Kragens selbsttätig bei der vorbereitenden Montage der Schweißverbundpartner für die Schweißung aufgefunden wird. Das Innenteil des Abgaskrümmers ist zwar von dessen Außenmantel vollständig radial nach außen abgedeckt, jedoch wird das Zustandekommen einer Dreistoffverbindung zwischen dem Einzelflansch, dem Innenteil und dem Außenmantel des Abgaskrümmers dadurch erreicht, dass an der Stelle des Anschlages das Innenteil über eine Durchschweißung des Außenmantels an diesem und dem Verbindungsflansch angeschweißt wird. Die Durchschweißung kann umfänglich durchgängig erfolgen, so dass eine hohe Festigkeit der Verbundpartner aneinander gewährleistet ist. Weiterhin wird eine vollständige Gasdichtigkeit des Schweißverbundes erreicht, da in Folge der durchgängigen Verschweißung kein Abgas zwischen das Innenteil und den Außenmantel des Abgaskrümmers gelangen kann. Ein Eintritt von Abgas in den sonst offenen Spalt würde Wärme bereits zu einem frühen Zeitpunkt aus dem Abgasstrom nach außen in die Umgebung abführen, welche Wärme jedoch für ein frühzeitiges Anspringen eines in den Abgasstrang integrierten Abgaskonverters dringend erforderlich ist.In the one variant of the invention according to claim 1 proposes the end of the outer jacket in a dull thrust the front of the collar. This will cause the positioning the exhaust manifold clearly defined to the single flange in a simple manner, wherein the relative position by the stop on the front side of the collar automatically at found the preliminary assembly of the welding partners for the welding becomes. The inner part of the exhaust manifold Although it is completely radial from the outer shell outward covered, however, is the formation of a three-way connection between the single flange, the inner part and the outer shell the exhaust manifold achieved in that at the location of the stop, the inner part of a penetration of the outer jacket welded to this and the connecting flange. The penetration can peripherally continuously done so that a high strength of the composite partners to each other guaranteed is. Furthermore, a complete Gas-tightness of the welded joint achieved as a result of the continuous welding no exhaust gas between the inner part and the outer shell of the exhaust manifold pass can. An entry of exhaust gas into the otherwise open gap would heat already at an early date out of the exhaust stream to the outside dissipate into the environment, what heat however for an early one Starting an exhaust gas converter integrated into the exhaust gas system is urgently needed.
In der anderen Variante der Erfindung nach Anspruch 2 weist der Außenmantel an seiner Abschlusskante und/oder der Kragen zumindest einen axial abstehenden punktuellen Distanzhalter auf, der ebenfalls beim Zusammenschieben des Abgaskrümmers mit dem Verbindungsflansch selbsttätig für eine definierte Relativlage zwischen Verbindungsflansch und Abgaskrümmer sorgt. Durch den Distanzhalter, der je nach Anbringungsort entweder auf der Abschlusskante oder der Stirnseite des gegenüberliegenden Verbindungspartners aufsteht, wird die Abschlusskante des Außenmantels über den restlichen Umfang hinweg von der Stirnseite des Kragens des Verbindungsflansches unter Ausbildung eines Schweißspaltes, der in Umfangsrichtung zumindest im Wesentlichen gleichbreit bleibt, beabstandet. An der Stelle des Schweißspaltes werden das Innenteil, der Verbindungsflansch und der Außenmantel in einfacher Weise unter Ausbildung einer gleichmäßig verlaufenden Schweißnaht verschweißt. Auf Grund des Schweißspaltes ist eine Durchschweißung des Außenmantels hier nicht erforderlich. Durch eine entsprechende axiale Länge des Distanzhalters, die die Fertigungstoleranzen des Verbindungsflansches oder des Außenmantels des Abgaskrümmers übersteigt, ist die Ausbildung eines ausreichenden Schweißspaltes immer gesichert. Die Breite des Schweißbereiches, also dessen Erstreckung in axialer Richtung, kann in einfacher Weise auf die Länge und die Lage des hochpräzise ausbildbaren Distanzhalters abgestimmt werden, wodurch die Schweißnaht immer an die richtige Stelle gesetzt werden kann, so dass die Schweißung ohne Aufgabe der Prozesssicherheit automatisiert werden kann. Des Weiteren wird gewährleistet, dass das Innenteil und der Außenmantel des Abgaskrümmers in Umfangsrichtung an jeder Stelle mit dem Kragen und somit mit dem Verbindungsflansch schweißverbunden sind, woraus sich eine optimale Festigkeit der Schweißverbundpartner aneinander ergibt. Hiervon ausgenommen ist natürlich der Distanzhalter selbst, der eine Unterbrechung der Schweißverbindung darstellt. Da der Distanzhalter jedoch in seiner Breite, das heißt in Umfangsrichtung des Kragens beziehungsweise der Abschlusskante des Außenmantels des Abgaskrümmers nahezu beliebig klein gestaltet werden kann, wirkt sich diese Unterbrechung auf die Festigkeit und Gasdichtigkeit des Schweißverbundes praktisch nicht aus und ist dahingehend vernachlässigbar.In the other variant of the invention according to claim 2, the outer jacket at its end edge and / or the collar at least one axial projecting punctual spacer, which also when pushing together the exhaust manifold with the connecting flange automatically for a defined relative position between connection flange and exhaust manifold ensures. Through the spacer, the Depending on the mounting location, either on the trailing edge or the Front side of the opposite Stand up connection partner, the end edge of the outer shell over the remaining circumference from the end face of the collar of the connecting flange forming a welding gap, which remains at least substantially the same width in the circumferential direction, spaced. At the place of the welding gap, the inner part, the Connecting flange and the outer jacket in a simple manner to form a smooth running Weld welded. Due to the welding gap is a penetration of the outer jacket not required here. By a corresponding axial length of Spacer, the manufacturing tolerances of the connecting flange or of the outer jacket exceeds the exhaust manifold, the formation of a sufficient welding gap is always ensured. The Width of the welding area, So its extension in the axial direction, in a simple manner on the length and the location of the high-precision formable spacer, whereby the weld always can be put in the right place, so that the weld without Task of process safety can be automated. Furthermore is guaranteed that the inner part and the outer shell the exhaust manifold in the circumferential direction at each point with the collar and thus with the Connection flange welded connected are, from which an optimal strength of the welded composite partners to each other. Of course, this does not apply to the spacer itself, which represents an interruption of the welded joint. Since the Spacer but in its width, that is in the circumferential direction of the collar or the end edge of the outer jacket of the exhaust manifold almost can be made arbitrarily small, this interruption affects on the strength and gas tightness of the welded joint practically not and is therefore negligible.
In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Schweißverbundes nach Anspruch 3 besteht der Einzelflansch aus einem tiefgezogenen Blechteil. Im Gegensatz zum Schmieden oder Stanzen lässt das Tiefziehen des Einzelflansches nahezu beliebige dreidimensionale Gestaltungsmöglichkeiten zu, so dass der Kragen und die Flanschbohrungskontur schon bei der Herstellung des Flansches exakt auf die Abmessungen des Innenteils und des Außenmantels des Abgaskrümmers abgestimmt werden können. Nacharbeiten wie beispielsweise Schleifen der Bohrungswandung entfallen in einfacher Weise vollständig. Es ist lediglich zur Schaffung einer Durchgangsöffnung der Bohrung des Verbindungsflansches lediglich ein nachgeordneter Stanzvorgang notwendig. Die Herstellung des Einzelflansches aus einem tiefgezogenen Blechteil ist zudem dahingehend von Vorteil, dass ausgehend von einem Blechrohling sehr geringe Wandstärken darstellbar sind, die dem Einzelflansch ein geringes Gewicht verleihen.In a preferred embodiment of the welded joint according to the invention according to claim 3, the single flange of a deep-drawn sheet metal part. In contrast to forging or punching, the deep drawing of the single flange allows almost any three-dimensional design options, so that the Collar and the Flanschbohrungskontur already in the production of Flange exactly to the dimensions of the inner part and the outer shell the exhaust manifold can be matched. Reworking such as grinding the bore wall omitted in a simple way completely. It is only to create a through hole of the bore of the connecting flange only a downstream punching necessary. The production the single flange of a deep-drawn sheet metal part is also to the effect that starting from a sheet metal blank very low wall thicknesses can be displayed, which give the single flange a low weight.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 4 ist der Kragen des Einzelflansches auf einem Abschnitt unter Ausbildung einer Erweiterung des Kragenquerschnitts aufgetulpt, wobei das Endes des Innenteils des Abgaskrümmers in der Erweiterung angeordnet ist und einen größeren Innendurchmesser aufweist als der des nicht- aufgetulpten Kragenabschnittes. Die Auftulpung, die mit einer Querschnittvergrößerung des Kragens einhergeht, ist mittels des Tiefziehens relativ einfach auszuführen. Durch die Erweiterung des Kragenquerschnitts und die Anordnung des Innenteils in diesem erweiterten Raum wird erreicht, dass die Abschlusskante des Innenteils aus dem Strömungsweg des Abgases herausversetzt wird, wodurch das Abgas ungehindert durch den Abgaskrümmer strömen kann. Auf Grund dessen wird die Akustik des Abgasstranges und die Motorleistung im Motorbetrieb verbessert.In a further particularly preferred embodiment of the invention according to claim 4, the collar of the single flange aufgetulpt on a portion to form an extension of the collar cross-section, wherein the end of the inner part of the exhaust manifold is disposed in the extension and has a larger inner diameter than that of the non-recessed collar section. The bulge, which is accompanied by a cross-sectional enlargement of the collar, is relatively easy to perform by deep drawing. The expansion of the collar cross-section and the arrangement of the inner part in this extended space is achieved that the end edge of the inner part is displaced out of the flow path of the exhaust gas, whereby the exhaust gas can flow freely through the exhaust manifold. Because of that, the Improved acoustics of the exhaust line and engine performance in engine operation.
In einer weiteren besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 5 ist der Distanzhalter vor der Schweißung noppenförmig ausgebildet und im Schmelzbad der Schweißung danach aufgelöst. Hierzu wird nicht nur im Schweißspalt die Schweißung ausgeführt, sondern auch über den Distanzhalter hinweggeschweißt, wobei dieser so wenig massiv ausgestaltet ist, dass er sich unter der Schweißhitze auflöst. Daraus resultiert eine vollständige umfängliche Verschweißung von Innenteil, Außenmantel und dem Kragen des Verbindungsflansches. In dieser Weise wird die optimale Festigkeit der Schweißverbundpartner aneinander ohne Abstriche gewährleistet.In a further particularly preferred embodiment of the invention according to claim 5, the spacer is formed knob-shaped prior to welding and in the molten bath of the weld after that dissolved. This is not only in the welding gap the welding executed but also about welded away the spacer, which is so little massive is designed so that it dissolves under the sweat heat. This results in a full extensive welding of inner part, outer jacket and the collar of the connecting flange. In this way, the optimum strength of the welded joint partners guaranteed to each other without compromise.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 6 ist der Distanzhalter durch einen Wellenberg eines gewellten Verlaufes der Abschlusskante des Außenmantels oder des Kragens gebildet. Mit dem Wellenberg ist es möglich, den Distanzhalter massiv und zugleich nur punktuell auszubilden, wobei ein echter Punktkontakt zwischen dem Kragen und dem Außenmantel hergestellt wird. Durch die Punktkontaktierung, die die kleinstmögliche Anlage der Verbindungspartner aneinander ermöglicht, wird eine Verschweißung erzielt, die quasi vollumfänglich entlang der Abschlusskante des Kragens beziehungsweise des Außenmantelendes verläuft. Auch hier wird eine optimale Festigkeit der Schweißverbundpartner aneinander und die oben erwähnte Gasdichtigkeit gewährleistet. Der Schweißspalt nimmt in seiner Breite im Bereich des Wellenberges ab, jedoch wird die Verschweißung trotzdem vollständig, wenn die Breite des Schmelzbades und damit der vorgesehenen Schweißnaht der Breite des restlichen gleichbreit gebliebenen Schweißspaltes entspricht. Dadurch, dass der Schweißbereich auf den gleichbreit gebliebenen Schweißspaltabschnitt größerer Breite abgestimmt ist, wird der schmalere Schweißspalt am Wellenberg während der umlaufenden Schweißung miterfasst. Die Herstellung einer derartig geformten Abschlusskante wird in einfacher Weise durch einen parabel- oder wellenförmigen Beschnitt des Kragens beziehungsweise des Ende des Außenmantels ausgeführt.In a further preferred embodiment of the invention according to claim 6 is the spacer by a wave crest of a wavy course of the End edge of the outer jacket or the collar. With the wave mountain it is possible, the Spacers massive and at the same time form only selectively, with a true point contact between the collar and the outer shell will be produced. Through the point contact, the smallest possible investment allows the connection partner to each other, a weld is achieved, the almost in full along the end edge of the collar or the outer jacket end runs. Here, too, optimum strength of the welded composite partners to each other and the above mentioned Guaranteed gas tightness. The welding gap decreases in width in the area of the wave mountain, but becomes the welding anyway Completely, if the width of the molten bath and thus the intended weld the width the remaining equal width welding gap corresponds. Thereby, that the welding area on the same width remained welding gap section of greater width is tuned, the narrower welding gap on Wellenberg during the circumferential weld also detected. The production of such a shaped end edge is easily by a parabolic or wavy trimming executed the collar or the end of the outer jacket.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand mehrerer in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.following the invention with reference to several shown in the drawings embodiments explained in more detail.
Dabei zeigt:there shows:
In
Während das
Ende
In
der Stecklage der Schweißverbundpartner wird
nun der Außenmantel
In
Abweichung zum vorigen Ausführungsbeispiel
schlägt
bei der aus
An
dieser Stelle sei noch abschließend
erwähnt,
dass der Verbindungsflansch
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