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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Krümmerschale oder ein
sonstiges Gehäuse einer Abgasanlage für einen
Verbrennungsmotor, das ein sogenanntes Teilstück der Abgasanlage
bildet. Das Teilstück besteht aus einem Blechmaterial und
weist ein Gehäuse, mindestens ein an dem Gehäuse
angeordnetes Eingangsrohr und mindestens ein an dem Gehäuse
angeordnetes Ausgangsrohr auf. Das Gehäuse ist aus mindestens
zwei Schalen, einer Innenschale mit einem Rand und einer mit der
Innenschale verbundenen Außenschale mit einem Rand gebildet, wobei
die Innenschale mit der Außenschale im Bereich der beiden
Ränder über eine Lötverbindung verbunden
ist.
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Es
ist bereits eine Krümmerschale in der
DE 102 18 103 A1 beschrieben,
die aus zwei Halbschalen gebildet ist. Die zwei Halbschalen weisen
jeweils einen ebenen Rand auf, über den sie teilweise ineinander
gesteckt sind. Der Rand ist nicht umlaufend angeordnet. Die beiden
Halbschalen bilden in dem Bereich einer Seite der Krümmerschale,
in dem der Rand offen ist und sie nicht ineinander gesteckt sind, jeweils
hälftig einen Ausgangsstutzen. Im Bereich des Ausgangsstutzens
ist ein Stoß vorgesehen, an dem die beiden Halbschalen
aufeinander liegen. Dem Stoß folgend öffnet sich
der Rand der beiden Schalen zunehmend und bildet den Ausgangsstutzen.
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Für
eine Lötverbindung ist ein Spalt mit einer Breite zwischen
0,015 mm und 0,2 mm notwendig, der eine gewisse Höhe aufweist,
sodass das Lot sich flächenförmig und nicht nur
linienförmig entlang einer Stoßnaht ausbreiten
kann. Der Toleranzbereich des Spaltes kann aber auch nur unter der
Voraussetzung eingehalten werden, dass die zu verbindenden Bauteile
selbst gewisse Toleranzen nicht über- oder unterschreiten.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gehäuse für
ein Teilstück einer Abgasanlage derart auszubilden und
anzuordnen, dass alle Gehäuseteile und die am Gehäuse
angeordneten Flansche in einem Lötprozess miteinander verbunden
werden können und gleichzeitig ein kostengünstiger
und schnellerer Herstellungsprozess gewährleistet wird.
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Gelöst
wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass
der Rand in einer Ebene um die Schale umlaufend geformt und geschlossen
ist und eine durch einen Schneidprozess hergestellte Beschnittkante
mit einer Schnittfläche und einem Schneidgrad aufweist
und der Schneidgrad an der Innenschale nach innen und an der Außenschale
nach außen gerichtet ist, wobei die Innenschale mit ihrem
Rand über den gesamten Umfang des Randes in den Rand der Außenschale
eingesteckt ist.
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Durch
Stanzen der Bleche für die Schalen wird gegenüber
anderen Schneidprozessen wie beispielsweise Brennen oder Lasern
der kostengünstigste und schnellste Schneidprozess gewährleistet, der
jedoch aufgrund des beim Stanzen unumgänglichen Schneidgrades
keine engen Maßtoleranzen im Schnittbereich ermöglicht.
Damit die Ränder, die aufgrund des Schneidprozesses eine
Schnittfläche mit einem Schneidgrad aufweisen, gelötet
werden können, werden die Bleche so gestanzt, dass die Schneidgrade
dann nicht im Lötspalt angeordnet sind, wenn die beiden
Schalen ineinander gesteckt sind. Durch das Ineinanderstecken der
beiden Schalen wird ein für das Löten notwendiger
Spalt gebildet, dessen Höhe dem Maß entspricht,
mit dem die bei den Schalen ineinander gesteckt sind. Dadurch, dass die
Ränder beider Schalen umlaufend geschlossen sind, kann
die Innenschale dicht mit der Außenschale umlaufend gelötet
werden.
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Die
Schalen werden in einem ersten Schritt durch Tiefziehen geformt
und anschließend ausgestanzt. Der Stanzprozess erfolgt
entweder in einer Richtung rechtwinklig zur Tiefziehrichtung oder
in einer Richtung parallel zur Tiefziehrichtung. Je nach Stanzrichtung
ist es vorteilhaft, dass die Schnittfläche in einer Beschnittrichtung
R rechtwinklig zur Oberfläche des Randes oder in einer
Beschnittrichtung P parallel zur Oberfläche des Randes
verläuft. Durch die rechtwinklige Beschnittrichtung R wird
ein Schneidgrad erzeugt, der in Schnittrichtung an die Schnittfläche
anschließt. Im anderen Fall der Beschnittrichtung P wird
das Blechmaterial im Randbereich zunächst abgekantet und
dann mit geringstmöglichem Abstand zum Rand parallel zu
diesem geschnitten. Hierbei wird ein erster und für den
Lötprozess wesentlicher Schneidgrad durch das Abkanten
erzeugt. Die Schnittfläche ist dabei auf dem Schneidgrad
angeordnet. Ein zweiter Schneidgrad wird wiederum in Schnittrichtung
an die Schnittfläche anschließend erzeugt, dieser
ist jedoch für den Lötprozess nicht relevant.
In beiden Fällen, bei der rechtwinkligen und bei der parallelen
Beschnittrichtung, lassen sich die beiden Schalen so anordnen, dass
die Schneidgrade zueinander entgegengesetzt angeordnet sind.
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Bei
einer ersten Variante ist es vorteilhaft, dass die Schnittflächen
der Außenschale und der Innenschale in Beschnittrichtung
R rechtwinklig zur Oberfläche des Randes verlaufen. Die
Außenschale wird in Richtung nach außen und die
Innenschale in Richtung nach innen geschnit ten. Eine weitere Bearbeitung
der Ränder ist somit nicht notwendig, um einen ausreichend
genauen Fügespalt für das Löten zu erhalten,
weil die Schneidgrade nicht in den Lötspalt ragen. Dadurch,
dass der Stanzprozess in rechtwinkliger Beschnittrichtung R aufwändiger
ist als das parallele Beschneiden in Tiefziehrichtung, wird der
gesamte Herstellungsprozess aufwändiger.
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Eine
bevorzugte zweite Variante ist es deshalb, dass die Ränder
der Außenschale in Beschnittrichtung P parallel zur Oberfläche
des Randes und die Ränder der Innenschale in Beschnittrichtung
R rechtwinklig zur Oberfläche des Randes verlaufen. Dadurch
ist es möglich, die Kosten und den Aufwand für
den Beschnitt der Außenschale zu reduzieren. Durch die
Beschnittrichtung P wird der Schneidgrad immer außen an
der Schale erzeugt, weshalb die Außenschale so beschnitten
wird. Die Innenschale wird in Beschnittrichtung R nach innen hingeschnitten,
sodass auch bei dieser Variante die Schneidgrade nicht im Lötspalt
angeordnet sind und eine entsprechende Toleranz gewährleistet
werden kann.
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Dabei
ist es in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass der Rand der Innenschale
und/oder der Rand der Außenschale als Bund mit einem über
eine Höhe Hb größeren oder kleineren
Durchmesser ausgebildet ist und am Ende des Bundes die Schnittfläche
mit dem Schneidgrad angeordnet ist. Durch den Bund wird ein definierter
Anschlag erreicht, an dem die Innenschale in der Richtung, in der
sie in die Außenschale eingesteckt wird, anschlägt.
Durch den Anschlag bzw. den Bund wird wiederum die Höhe des
Lötspaltes definiert, durch den sich das Lot flächenförmig
ausbreiten kann.
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Im
Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung
und Anordnung ist es von Vorteil, dass der Rand der Innenschale
im Bereich der Schnittfläche nach innen und/oder der Rand
der Außenschale im Bereich der Schnittfläche nach
außen umgebogen ist. Dadurch wird sowohl bei Schalen mit Bund
als auch bei Schalen ohne Bund erreicht, dass der Abstand vom Schneidgrad
einer Schale zur anderen Schale vergrößert wird.
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Besonders
vorteilhaft ist es ferner, dass die beiden Schalen eine Krümmerschale
bilden. Krümmerschalen werden bisher in der Praxis aufgrund
der fehlenden Maßtoleranzen nicht gelötet.
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Ferner
ist es vorteilhaft, dass eine als Ausgangsstutzen ausgebildete Ausgangsöffnung
an der Außenschale und mehrere als Eingangsstutzen ausgebildete
Eingangsöffnungen an der Innenschale vorgesehen sind, wobei
der Ausgangsstutzen mit einem Ausgangsflansch und die Eingangsstutzen
mit jeweils einem Eingangsflansch gasdicht miteinander verbunden
sind. Die Eingangsöffnung und die Ausgangsöffnung
sind erfindungsgemäß nicht im Randbereich angeordnet.
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Dabei
ist es von Vorteil, dass die Verbindung zwischen dem Ausgangsstutzen
und dem Ausgangsflansch und die Verbindung zwischen den Eingangsstutzen
und dem Eingangsflansch als Lötverbindung ausgebildet ist.
Dadurch lässt sich die gesamte Krümmeranordnung
in einem Lötprozess herstellen.
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Außerdem
ist es vorteilhaft, dass in der Krümmerschale zusätzliche
das Abgas leitende Krümmerrohre angeordnet sind. Die erfindungsgemäße
Art von Gehäuse lässt sich nämlich auch
dann in einem Fertigungsprozess löten, wenn in den einzelnen
Eingangsöffnungen zusätzlich Krümmerrohre angeordnet
sind, über die die motorseitigen Krümmerflansche
direkt in die Ausgangsöffnung des Gehäuses geführt
werden.
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Schließlich
ist es von Vorteil, dass das Teilstück als Schalldämpfergehäuse,
Katalysatorgehäuse oder als Sensorgehäuse ausgebildet
ist. Das erfindungsgemäße Gehäuse ist
auch für solche Anwendungen vorteilhaft, weil der Herstellungsaufwand durch
das Löten verringert wird. Zusätzlich ist das
Löten vorteilhaft, weil keine Verunreinigungen oder Schweißreste
in die Auspuffanlage gelangen.
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Vorteilhaft
ist die Verwendung eines vorbeschriebenen Teilstücks zur
Herstellung einer Abgasanlage für Verbrennungsmotoren.
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Auch
ist ein System von Vorteil, das aus einem Teilstück und
einer daran anschließenden Abgasanlage besteht.
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Kern
der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Gehäuses
aus einem Blechmaterial als Teilstück für eine
Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs. Das Verfahren ist gekennzeichnet
durch mindestens folgende Verfahrensschritte:
- a)
Tiefziehen der Innenschale und der Außenschale mit Eingangsöffnung
und Ausgangsöffnung;
- b) Stanzen der Innenschale und der Außenschale zum
Herstellen der Ränder mit
i. einer Beschnittrichtung
R rechtwinklig zur Oberfläche des Randes und rechtwinklig
zur Tiefziehrichtung T und/oder
ii. einer Beschnittrichtung
P parallel zur Oberfläche des Randes und parallel zur Tiefziehrichtung T;
- c) Einstecken der Innenschale in die Außenschale, sodass
die Ränder parallel nebeneinander angeordnet sind;
- d) Positionieren eines Ausgangsflansches an der Ausgangsöffnung
und jeweils eines Eingangsflansches an jeweils einer Eingangsöffnung;
- e) Einbringen eines Lots in den jeweiligen Spalt zur Herstellung
der Verbindung zwischen der Innenschale und der Außenschale
sowie der Verbindungen zwischen der Innenschale und der Außenschale
und den jeweiligen Flanschen durch Erhitzen des Teilstücks
mit den Flanschen.
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Bei
diesem Verfahren ist es im Zusammenhang mit Abgasanlagen vorteilhaft,
dass alle Verbindungen auch dann in einem Löt- oder Erhitzungsprozess
hergestellt werden können, wenn vor dem Ineinanderstecken
der beiden Schalen separate Krümmerrohre in den Schalen
angeordnet werden.
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Dieses
Verfahren lässt sich nicht nur für Gehäuse
von Teilen einer Abgasanlage anwenden, sondern auch für
sonstige Gehäuse, die in pneumatischen oder hydraulischen
Anlagen Verwendung finden, wie beispielsweise Druckbehälter,
Kessel und Auffangbehälter.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen
und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es
zeigt:
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1 eine
Seitenansicht eines Krümmers mit Blick auf die an der Innenschale
angeordneten Eingangsrohre und die Eingangsflansche;
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2 eine
Seitenansicht des Krümmers gemäß 1 mit
Blick auf das an der Außenschale angeordnete Ausgangsrohr
und den Ausgangsflansch;
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3 eine
Explosionszeichnung eines Krümmers gemäß 1 und 2;
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4 eine
Schnittansicht A–A' des Gehäuses gemäß 1 bestehend
aus einer Oberschale und einer in die Oberschale eingesteckten Unterschale;
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5a eine
Beschnittkante mit einer Schnittfläche und einem Schneidgrad
bei einer rechtwinkligen Beschnittrichtung R;
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5b eine
Beschnittkante mit einer Schnittfläche und einem Schneidgrad
bei einer parallelen Beschnittrichtung P;
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6 eine
Prinzipskizze der Anordnung eines Krümmers bestehend aus
einem Gehäuse in einer Abgasanlage;
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7 einen
Ausschnitt des Randbereiches von den zusammengesteckten Ober- und
Unterschalen nach dem Stand der Technik mit gleich orientierten
Schneidgraden;
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8 einen
Ausschnitt des Randbereiches von den zusammengesteckten Ober- und
Unterschalen mit nicht gleich orientierten Schneidgraden mit unterschiedlicher
Beschnittrichtung;
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9 einen
Ausschnitt des Randbereiches von den zusammengesteckten Ober- und
Unterschalen mit nicht gleich orientierten Schneidgraden mit gleicher
Beschnittrichtung;
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10 einen
Ausschnitt des Randbereiches von den zusammengesteckten Ober- und
Unterschalen mit nicht gleich orientierten Schneidgraden und teilweise
umgebogenem Rand.
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1 und 2 zeigen
einen Krümmer 8 bestehend aus einem Gehäuse 1 und
an dem Gehäuse 1 angeordneten Flanschen 6, 7.
Das Gehäuse 1 weist eine Innenschale 10 und
eine Außenschale 11 auf. An der Außenschale 11 ist
eine als Ausgangsstutzen 4 ausgebildete Ausgangsöffnung
und an der Innenschale 10 sind mehrere als Eingangsstutzen 3 ausgebildete
Eingangsöffnungen vorgesehen. Der Ausgangsstutzen 4 ist
mit einem Ausgangsflansch 6 verbunden, der den Ausgangsstutzen 4 kranzförmig umgibt
und in dem mehrere Bohrungen 61 für die Befestigung
und Abdichtung des Flansches an einer an den Krümmer 8 anschließenden
Abgasanlage 2 vorgesehen sind. Eine solche Abgasanlage 2 weist
wie in 6 dargestellt mehrere Abgasrohre 23 auf, über die
ein Schalldämpfer 22, ein Katalysator 24 und
je nach Art des Einsatzes der Abgasanlage 2 ein Filterelement 21 miteinander
verbunden sind.
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Die
Eingangsstutzen 3 sind von einem kammförmigen
Eingangsflansch 7 mit mehreren Bohrungen 71 umgeben, über
den jeder einzelne Eingangsstutzen 3 an eine Verbrennungsmaschine angeschlossen
werden kann. Sowohl der Ausgangs- als auch der Eingangsflansch 6, 7 sind über
eine Lötverbindung gasdicht mit dem jeweiligen Stutzen 3, 4 verbunden.
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Wie
in 3 dargestellt ist die Innenschale 10 durch
ein Formteil aus Blech im Tiefziehverfahren hergestellt, an das
die Eingangsstutzen 3 angeformt sind. Entsprechend ist
auch die Außenschale 11 ein tiefgezogenes Blechteil,
an das der Ausgangsstutzen 4 angeformt ist.
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In 4 ist
eine Schnittdarstellung des Gehäuses 1 des Krümmers 8 gemäß 1 dargestellt. Die
Innenschale 10 ist mit ihrem Rand 101 in einen Rand 111 der
Außenschale 11 eingesteckt. Wie in 1 verdeutlicht
umgibt der Rand 111 der Außenschale 11 den
Rand 101 der Innenschale 10 über den gesamten
Umfang der Innenschale 10. Damit die Innenschale 10 eindeutig
zu der Außenschale 11 positioniert werden kann,
bildet der Rand 111 der Außenschale 11 einen
Bund mit einer Höhe Hb. Der Bund hat einen größeren
Umfang als der an den Bund anschließende Gehäuseteil
der Außenschale 11. Die Innenschale 10 kann
somit maximal um das Maß der Höhe Hb des Bundes
in die Außenschale 11 eingesteckt werden.
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Zwischen
dem Rand 101 der Innenschale 10 und dem Rand 111 der
Außenschale 11 ist ein Spalt 5 gebildet,
der entsprechend der Ränder 101, 111 in einer
Ebene um das Gehäuse 1 umläuft.
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Nach
dem Tiefziehen der Schalen 10, 11 in einer Tiefziehrichtung
T werden die Schalen 10, 11 an den Rändern 101, 111 ausgestanzt,
wodurch sich eine in 5a und 5b näher
dargestellte Beschnittkante 102, 112 bildet, die
je nach der Beschnittrichtung unterschiedlich ausgebildet ist.
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Beim
Stanzen beispielsweise einer Innenschale 10 in einer Beschnittrichtung
R rechtwinklig zu einer Oberfläche 12 des Blechmaterials
im Randbereich weist die Beschnittkante 102 wie in 5a dargestellt
eine Schnittfläche 103 und einen an die Schnittfläche 103 anschließenden Schneidgrad 104 auf.
Ein Schneidgrad 104, 114 ist rechtwinklig zur Oberfläche 12 des
Blechmaterials im Randbereich angeordnet. Zur Verdeutlichung ist
der Schneidgrad 104 überproportional groß dargestellt.
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Wird
eine Schale 10, 11 wie beispielsweise eine Außenschale 11 in
einer Beschnittrichtung P parallel zur Oberfläche 12 der
Ränder 111 gestanzt, so wird wie in 5b dargestellt
das Blechmaterial im Randbereich zunächst abgekantet und
dann mit geringstmöglichem Abstand zum Rand 101, 111 parallel zu
diesem geschnitten. Dadurch wird durch das Abkanten ein erster Schneidgrad 114 gebildet,
der rechtwinklig zur Oberfläche 12 des Randes 111 angeordnet
ist. Der durch das Schneiden entstehende Schneidgrad 114' verläuft
parallel zur Oberfläche 12 des Blechmaterials
im Randbereich.
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In
den Spalt 5 wird zum Verbinden der Innenschale 10 mit
der Außenschale 11 Lötmittel eingebracht.
Hierzu muss der Spalt 5 ein gewisses Maß an Toleranz
aufweisen. Bevorzugt weist der Spalt 5 eine Breite zwischen
0,01 mm und 0,2 mm auf.
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Nach
dem bisherigen Stand der Technik gemäß 7 werden
beide Schalen 10, 11, die Innenschale 10 und
Außenschale 11, in Beschnittrichtung P ausgestanzt,
sodass der Schneidgrad 104 der Innenschale 10 im
Spalt 5 angeordnet ist. Durch den Schneidgrad 104 lässt
sich die Maßtoleranz für den Spalt 5 nicht
einhalten, weshalb die beiden Schalen 10, 11 über
eine Schweißnaht S miteinander verschweißt werden.
Ein weiterer Grund dafür, dass nach dem bisherigen Stand
der Technik die Gehäusehälften nicht gelötet
wurden, besteht darin, dass die als Eingangsstutzen 3 ausgebildete
Eingangsöffnung hälftig von der Innenscha le 10 und
hälftig von der Außenschale 11 gebildet
wird. Der Stoß der beiden Schalen 10, 11 kann
nicht wie der vorstehend beschriebene Bund am Rand 111 überstehen,
da der Eingangsstutzen 3 sonst nicht an den Eingangsflansch 7 gelötet
werden könnte.
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In 8 bis 10 sind
mehrere erfindungsgemäße Kombinationen von Schalen 10, 11 dargestellt,
bei denen die Problematik der Spalttoleranz dadurch vermieden wird,
dass die Schneidgrade 104, 114 von Innenschale 10 und
Außenschale 11 entgegengesetzt zueinander ausgerichtet
sind.
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Gemäß 8 ist
die Innenschale 10 in Beschnittrichtung R und die Außenschale 11 in
Beschnittrichtung P gestanzt. Der Schneidgrad 114 weist
bei Stanzprozessen mit einer Beschnittrichtung P immer nach außen,
sodass erfindungsgemäß für die Innenschale 10 dieser
Schneidprozess nicht angewandt wird. Bevorzugt wird deshalb gemäß 8 die
Kombination einer Innenschale 10 mit Beschnittrichtung
R, bei der der Schneidgrad 104, 114 nach innen
gerichtet ist, mit einer Außenschale 11 mit Beschnittrichtung
P. Bei diesem Verfahren muss weder die Innenschale 10 noch
die Außenschale 11 weiter bearbeitet werden, um
den zum Löten notwendigen Spalt 5 zu erreichen.
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Gemäß 9 sind
die Innenschale 10 und die Außenschale 11 beide
mit Beschnittrichtung R hergestellt, wobei bei der Innenschale 10 der Schneidprozess
nach innen und bei der Außenschale 11 der Schneidprozess
nach außen gerichtet war, sodass der Schneidgrad 104 der
Innenschale 10 nach innen und der Schneidgrad 114 der
Außenschale 11 entgegengesetzt zum Schneidgrad 104 nach außen
gerichtet ist. Auch nach diesem Verfahren, mit dem das Gehäuse 1 gemäß 9 hergestellt
wurde, ist kein weiterer Verfahrensschritt notwendig, um die erforderliche
Spalttoleranz zu erreichen.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel gemäß 10 wurden
im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 9 in
einem weiteren Verfahrensschritt zusätzlich die Ränder 101, 111 entgegengesetzt
zueinander umgebogen.
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- 1
- Gehäuse
- 10
- Innenschale,
Schale, Krümmerschale
- 101
- Rand
- 102
- Beschnittkante
- 103
- Schnittfläche
- 104
- Schneidgrad
- 11
- Außenschale,
Schale
- 111
- Rand
- 112
- Beschnittkante
- 113
- Schnittfläche
- 114
- Schneidgrad
- 114'
- Schneidgrad
- 12
- Oberfläche
- 2
- Abgasanlage
- 21
- Filterelement
- 22
- Schalldämpfer
- 23
- Abgasrohre
- 24
- Katalysator
- 3
- Eingangsrohr,
-öffnung, -stutzen
- 4
- Ausgangsrohr,
-öffnung, -stutzen
- 5
- Lot,
Spalt
- 6
- Ausgangsflansch
- 61
- Bohrung
- 7
- Eingangsflansch
- 71
- Bohrung
- 8
- Krümmer
- Hb
- Höhe
Bund
- P
- Beschnittrichtung
- R
- Beschnittrichtung
- S
- Schweißnaht
- R
- Tiefziehrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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