DE10249281C1 - Abgaskrümmer für ein verbrennungsmotorisch angetriebenes Kraftfahrzeug sowie einen derartigen Abgaskrümmer umfassende Baugruppe einer Abgasanlage - Google Patents

Abstract

Ein Abgaskrümmer (12) für ein verbrennungsmotorisch angetriebenes Kraftfahrzeug umfaßt eine Mehrzahl individueller Einzelrohre (1), die ausgangsseitig zu einem Rohrbündel mit einander benachbarten Rohrwandabschnitten (4, 5) zusammengeführt sind und deren ausgangsseitige Enden mit zwischen den einander benachbarten Rohrwandabschnitten (4, 5) angeordneten Stegen verschweißt sind. Die Stege sind gegenüber den ausgangsseitigen Stirnkanten der Einzelrohre (1) zurückgezogen. Jeweils zwei Einzelrohre (1) sind stirnseitig mittels einer den zwischen ihnen angeordneten Steg erfassenden Nutschweißung miteinander verbunden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgaskrümmer für ein verbrennungsmotorisch angetriebenes Kraftfahrzeug, um­ fassend eine Mehrzahl individueller Einzelrohre, die aus­ gangsseitig zu einem Rohrbündel mit einander benachbarten Rohrwandabschnitten zusammengeführt sind, wobei die aus­ gangsseitigen Enden der Einzelrohre mit zwischen den einan­ der benachbarten Rohrwandabschnitten angeordneten Stegen verschweißt sind. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine einen derartigen Abgaskrümmer sowie minde­ stens eine diesem nachgeschaltete Komponente umfassende Baugruppe einer Abgasanlage.

Ein Abgaskrümmer der vorstehend angegebenen Art ist aus der DE 100 51 277 A1 bekannt. Dieser Abgaskrümmer umfaßt eine Mehrzahl von Einzelrohren sowie einen Adapter, mit dem die Einzelrohre ausgangsseitig verbunden sind. Der Adapter, an den seinerseits die dem Abgaskrümmer unmittelbar nachge­ schaltete Komponente der Abgasanlage anschließbar ist, be­ steht aus einer ringförmigen Wand mit mehreren darin an­ geordneten, radial ausgerichteten Stegen, wobei durch je­ weils zwei einander benachbarte Stege und einen diese ver­ bindenden Abschnitt der ringförmigen Wand eine Aufnahme gebildet wird, in welche eines der Einzelrohre mit seinem ausgangsseitigen Ende eingesteckt ist. Mittels einer umlau­ fend geschlossenen Kehlnaht wird die ausgangsseitige Stirn­ kante jedes Einzelrohres jeweils mit den beiden angrenzen­ den Stegen sowie dem entsprechenden Abschnitt der ringför­ migen Wand verschweißt, zu welchem Zweck die Stege über die Stirnkanten der Einzelrohre vorstehen.

Nachteilig bei dem aus der DE 100 51 277 A1 bekannten Abgas­ krümmer ist insbesondere der hohe Fertigungsaufwand, der mit der Herstellung des Krümmers verbunden ist. In diesem Zusammenhang spielen insbesondere die erheblichen Herstell­ kosten für den Adapter eine Rolle. Ein weiterer Nachteil der aus diesem Dokument bekannten Gestaltung des Abgaskrüm­ mers besteht darin, daß bei der Herstellung der genannten Kehlnähte Schweißspritzer innen an den Einzelrohren anhaf­ ten können und daß ferner eine Schweißnahterhöhung zu einer Einschnürung des Strömungsquerschnitts führen kann. Die Schweißspritzer können nicht nur zu einer Beeinträchtigung der Strömungsverhältnisse innerhalb der Einzelrohre führen; vielmehr können sie sich, was noch gravierender ist, im Betrieb lösen und zu Beschädigungen an nachgeschalteten Komponenten (z. B. Abgasturbolader, Katalysatoren) führen. Zur Vermeidung entsprechender Risiken müssen dementspre­ chend hergestellte Abgaskrümmer zum Entfernen von Schweiß­ spritzern einer intensiven, kostenträchtigen Reinigung unterzogen werden. Schließlich ist der bekannte Abgaskrüm­ mer anfällig für Dichtigkeitsprobleme, weil jedes der vier Einzelrohre mit einer geschlossenen Naht an dem Adapter anzuschließen ist, wobei jeweils ein Überschweißen des Nahtanfangs erforderlich ist.

Bekannt, z. B. aus der EP 806598 A1, sind des weiteren Ab­ gaskrümmer, bei denen zwei Einzelrohre, welche im Bereich ihrer ausgangsseitigen Enden D-förmig abgeflacht worden sind, Rücken an Rücken aneinander anliegend in ein nachge­ schaltetes Abgasrohr eingesteckt werden. Dabei können die beiden Einzelrohre im Bereich der Verbindungsebene mitein­ ander verschweißt sein. Bei solchermaßen aufgebauten Abgas­ krümmern sind verschiedentlich Probleme hinsichtlich der Lebensdauer beobachtet worden; namentlich dort, wo die Ein­ zelrohre aneinander anliegen, kann es zu spannungsbedingten Verformungen kommen, in deren Folge Dichtigkeitsprobleme auftreten und/oder Schweißnähte reißen.

Im Lichte des vorstehend dargelegten Standes der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ei­ nen langlebigen, zuverlässigen Abgaskrümmer der eingangs angegebenen Art zu schaffen, der mit einem vergleichsweise geringen Fertigungsaufwand und zu dementsprechend niedrigen Kosten herstellbar ist.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der vorliegenden Erfindung durch einen gattungsgemäßen Abgaskrümmer, der sich durch die folgenden Merkmale auszeichnet:

• - die Stege sind gegenüber den ausgangsseitigen Stirnkan­ ten der Einzelrohre zurückgezogen;
• - jeweils zwei Einzelrohre sind stirnseitig mittels einer den zwischen ihnen angeordneten Steg erfassenden Nut­ schweißung miteinander verbunden.

Indem die Einzelrohre mit ihren austrittsseitigen Enden über die Stege überstehen, können jeweils zwei Einzelrohre im Bereich ihrer einander benachbarten Rohrwandabschnitte mit einer einzigen Schweißnaht miteinander sowie mit dem zwischen den betreffenden Rohrwandabschnitten angeordneten Steg verbunden werden. Auf diese Weise läßt sich die Anzahl der Schweißnähte gegenüber dem aus der DE 100 51 277 A1 be­ kannten Abgaskrümmer halbieren. Zudem ermöglicht es die vorliegende Erfindung, die betreffenden Schweißnähte als Nutschweißungen auszuführen; auf diese Weise wird die Ge­ fahr, daß Schweißspritzer innen an die Einzelrohre gelan­ gen, maßgeblich reduziert verglichen mit der aus der DE 100 51 277 A1 bekannten Bauweise. Im Bedarfsfall können, was bei dem bekannten gattungsgemäßen Abgaskrümmer nicht mög­ lich ist, im Falle der vorliegenden Erfindung die aus­ trittsseitigen Enden der Einzelrohre während der Her­ stellung des Abgaskrümmers sogar verschlossen werden, wo­ durch ein Eindringen von Schweißspritzern in die Einzelroh­ re definitiv ausgeschlossen wird. Im Hinblick auf die Fer­ tigungskosten ist besonders attraktiv, daß die Stege als einfache Blechteile ausgeführt sein können, wobei identi­ sches Stegmaterial, wie dies weiter unten im Detail ausge­ führt wird, sich sogar für unterschiedliche Abgaskrümmer einsetzen läßt; auch dies ist ein bedeutender Vorteil ge­ genüber dem Stand der Technik, der für unterschiedliche Abgaskrümmer verschiedene Adapter erfordert.

Sowohl im Hinblick auf die Fertigungskosten wie auch im Hinblick auf die Lebensdauer der unter Verwendung des er­ findungsgemäßen Abgaskrümmers hergestellten Abgasanlage ist es von Vorteil, wenn, gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung, die dem Abgaskrümmer unmittel­ bar nachgeschaltete Komponente der Abgasanlage direkt mit den Einzelrohren, auf welche die genannte Komponente aufge­ steckt ist, verbunden ist. So wirkt sich der Wegfall der beim Adapter des Abgaskrümmers nach der DE 100 51 277 A1 vor­ gesehenen ringförmigen Wand unmittelbar in reduzierten Ma­ terialkosten aus. Ferner liegt in diesem Falle in dem Sinne eine besonders günstige Verteilung der Massen im Bereich des Überganges vom Abgaskrümmer auf die diesem unmittelbar nachgeschaltete Komponente der Abgasanlage vor, daß die Lebensdauer negativ beeinflussende Wärmespannungen weitest­ gehend vermieden werden; insoweit besonders günstige Ver­ hältnisse liegen bei durchschnittlich dimensionierten Ab­ gaskrümmern dann vor, wenn die Dicke der Stege zwischen dem 1,5-fachen und dem 3,5-fachen Wert der Wandstärke der Ein­ zelrohre beträgt. Des weiteren ist bei dieser Weiterbildung des erfindungsgemäßen Abgaskrümmers vorteilhaft, daß, an­ ders als dies für die Verbindung der Einzelrohre mit dem Adapter im Falle des Abgaskrümmers nach der DE 100 51 277 A1 gilt, kein häufig mit Dichtigkeitproblemen verbundenes Überschweißen von Nahtanfängen erforderlich ist.

Was die Gestaltung der Stege angeht, so zeichnet sich eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung dadurch aus, daß die Stege als unabhängige Einzelstege ausgeführt sind, die vor der Montage des Abgaskrümmers nicht miteinander verbunden sind. Identische Einzelstege, die besonders bevorzugt aus längs einer Kante abgebogenen Blechen bestehen, lassen sich dabei für unterschiedliche Abgaskrümmer verwenden, bei­ spielsweise für Abgaskrümmer der 3-in-1-Bauart, der 4-in-1- Bauart und der 5-in-1-Bauart. Dieser Vorteil trägt ersicht­ lich zu der Möglichkeit einer erheblichen Kosteneinsparung bei.

Im Hinblick auf eine vereinfachte Montage des erfindungsge­ mäßen Abgaskrümmers können die Stege, sofern sie in dem vorstehend dargelegten Sinne als Einzelstege ausgeführt sind, besonders bevorzugt mit jeweils einem der ihnen zuge­ ordneten Einzelrohre verbunden werden, bevor diese zu einem Rohrbündel zusammengefügt werden. Für die Verbindung der Einzelstege mit den Einzelrohren eignen sich dabei insbe­ sondere als solches bekannte Schweißverfahren (Heftschwei­ ßung) und Klebeverfahren.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist indessen keines­ wegs zwingend, daß die Stege in dem vorstehend dargelegten Sinne als Einzelstege ausgeführt sind. Vielmehr können die Stege Teil eines einheitlichen sternförmigen Stegbauteils sein. Das Stegbauteil kann dabei insbesondere aus einem mehrfach gefalteten Blechstreifen bestehen, wobei jeder Steg mindestens zwei Lagen des Blechstreifens aufweist. Der Aufwand, der mit dem Falten des Blechstreifens zu einem mehrere Stege umfassenden einheitlichen Stegbauteil verbun­ den ist, wird dabei gegebenenfalls mehr als aufgewogen durch Kosteneinsparungen, die aus der Verwendung eines re­ lativ dünnwandigen, vergleichsweise kostengünstigen Blech­ materials zur Herstellung des Stegbauteils resultieren.

Im Hinblick auf die Fertigungskosten wie auch auf die Le­ bensdauer des erfindungsgemäßen Abgaskrümmers erweist es sich als besonders günstig, wenn jeweils eine Schweißnaht längs zweier Stege durchgehend ausgeführt ist. In diesem Sinne können beispielsweise bei einem Abgaskrümmer der 4- in-1-Bauweise die vier Einzelrohre durch zwei jeweils L- förmig ausgeführte Schweißnähte miteinander und mit den vier zwischen den Einzelrohren angeordneten Stegen verbun­ den sein, wie dies in größerem Detail weiter unten erläu­ tert wird.

Lediglich der Vollständigkeit halber ist darauf hinzuwei­ sen, daß die Realisierung der vorliegenden Erfindung nicht auf einwandig ausgeführte Einzelrohre beschränkt ist. Viel­ mehr lassen sich in Anwendung der vorliegenden Erfindung auch Abgaskrümmer herstellen, deren Einzelrohre doppelwan­ dig (mit oder ohne Luftspaltsisolation) ausgeführt sind.

Ebenfalls ist darauf hinzuweisen, daß die vorliegende Er­ findung nicht voraussetzt, daß sämtliche Einzelrohre im Bereich ihres jeweiligen austrittsseitigen Endes überein­ stimmend einen kreissegmentförmigen Querschnitt aufweisen; vielmehr kommt beispielsweise auch eine Ausführung des er­ findungsgemäßen Abgaskrümmers dergestalt in Betracht, daß im Bereich des austrittsseitigen Endes mehrere Einzelrohre um ein zentral angeordnetes Einzelrohr herumgruppiert sind.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 in perspektivischer Ansicht ein Einzelrohr, das in Verbindung mit drei weiteren gleichartigen Einzelrohren zur Herstellung eines nach der vor­ liegenden Erfindung aufgebauten Abgaskrümmers der 4-in-1-Bauweise dient,

Fig. 2 in perspektivischer Ansicht die Austrittsseite eines unter Verwendung von vier Einzelrohren der in Fig. 1 veranschaulichten Art hergestellten Ab­ gaskrümmers und

Fig. 3 einen Schnitt durch den Abgaskrümmer nach Fig. 2 entlang der Linie III-III.

Das in Fig. 1 gezeigte Einzelrohr 1 weist ein eintrittssei­ tiges Ende 2 und ein austrittsseitiges Ende 3 auf. Es ist, in Abhängigkeit von den baulichen Gegebenheiten, d. h. den Einbauverhältnissen der Abgasanlage relativ zum zugeordne­ ten Verbrennungsmotor, zwischen seinem eintrittsseitigen Ende 2 und seinem austrittsseitigen Ende 3 mehrfach gebo­ gen.

Im Bereich seines austrittsseitigen Endes 3 ist das Einzel­ rohr 1, welches im übrigen einen im wesentlichen runden Querschnitt aufweist, dergestalt umgeformt, daß es einen im wesentlichen einem Viertelkreissegment entsprechenden Quer­ schnitt aufweist. Hierzu sind zwei im wesentlichen ebene, in einem rechten Winkel zueinander angeordnete Rohrwandab­ schnitte 4 und 5 und ein äußerer, im wesentlichen entlang eines Viertelkreises gewölbter Rohrwandabschnitt 6 vorgese­ hen.

An einem der beiden ebenen Rohrwandbereiche, nämlich dem Rohrwandabschnitt 5 ist ein als Einzelsteg 7 ausgeführter Steg 8 angeheftet, und zwar mittels einer Widerstandspunkt­ schweißung 9. Im Bereich der Ecke 10, an der die beiden Ebenen Rohrwandaschnitte 4 und 5 aufeinanderstoßen, weist der Einzelsteg eine Abbiegung 11 auf, deren Funktion und Dimensionierung sich aus Fig. 2 ergibt.

Zur Herstellung des Abgaskrümmers 12 werden vier der Ein­ zelrohre 1, wie sie ihrer Art nach in Fig. 1 veranschau­ licht sind, dergestalt zusammengefügt, das jeweils zwischen zwei einander benachbarten Einzelrohren in dem Bereich der einander benachbarten ebenen Rohrwandabschnitte jeweils ein Einzelsteg 7 liegt. Mittels zweier Schweißnähte 13, welche jeweils als eine zwei Einzelrohre 1 und den zwischen diesen angeordneten Einzelsteg 7 erfassende Nutschweißung 14 (vgl. Fig. 3) ausgeführt sind, werden die vier Einzelrohre 1 im Bereich ihrer austrittsseitigen Enden 3 miteinander verbun­ den. Die beiden Schweißnähte 13 ziehen sich dabei unterbre­ chungsfrei L-förmig längs der ebenen Rohrwandabschnitte zweier einander diametral gegenüberstehender Einzelrohre entlang; mit anderen Worten, jede Schweißnaht 13 erstreckt sich unterbrechungsfrei längs zweier einander benachbarter Stege 8. Die Schweißnähte beginnen und enden dabei an der jeweiligen radialen Außenkante 15 der Stege 8.

Um eine den Abgaskrümmer und eine diesem nachgeschaltete Komponente umfassende Baugruppe einer Abgasanlage herzu­ stellen, wird die - nicht dargestellte - nachgeschaltete Komponente (Abgasleitung, Katalysator oder dergleichen) mit einem rohrförmigen Abschnitt über das austrittsseitigen Ende 16 des Abgaskrümmers 12 geschoben; und die Komponente wird über eine entsprechende umlaufende Schweißung unmit­ telbar mit den dort zu einem Rohrbündel zusammengefaßten Einzelrohren verschweißt.

Claims (9)

1. Abgaskrümmer (12) für ein verbrennungsmotorisch ange­ triebenes Kraftfahrzeug, umfassend eine Mehrzahl indivi­ dueller Einzelrohre (1), die ausgangsseitig zu einem Rohrbündel mit einander benachbarten Rohrwandabschnitten (4, 5) zusammengeführt sind, wobei die ausgangsseitigen Enden (3) der Einzelrohre (1) mit zwischen den einander benachbarten Rohrwandabschnitten (4, 5) angeordneten Stegen (8) verschweißt sind, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• - die Stege (8) sind gegenüber den ausgangsseitigen Stirnkanten der Einzelrohre (1) zurückgezogen;
• - jeweils zwei Einzelrohre (1) sind stirnseitig mittels einer den zwischen ihnen angeordneten Steg (8) erfas­ senden Nutschweißung (14) miteinander verbunden.

2. Abgaskrümmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (8) als Einzelstege (7) ausgeführt sind.

3. Abgaskrümmer nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelstege (7) aus Blechen bestehen, die längs einer Kante eine Abbiegung (11) aufweisen.

4. Abgaskrümmer nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelstege (7) mit jeweils einem der ihnen zu­ geordneten Einzelrohre (1), bevor diese zu einem Rohr­ bündel zusammengefügt wurden, verbunden worden sind.

5. Abgaskrümmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (8) Teil eines einheitlichen Stegbauteils sind.

6. Abgaskrümmer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Stegbauteil aus einem gefalteten Blechstreifen besteht, wobei jeder Steg mindestens zwei Lagen des Blechstreifens aufweist.

7. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Stege (8) zwischen dem 1,5-fachen und dem 3,5-fachen Wert der Wandstärke der Einzelrohre (1) beträgt.

8. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Schweißnaht (13) längs zweier Stege (8) durchgehend ausgeführt ist.

9. Baugruppe einer Abgasanlage für ein verbrennungsmoto­ risch angetriebenes Kraftfahrzeug, umfassend einen Ab­ gaskrümmer (12) nach Anspruch 1 und mindestens eine diesem nachgeschaltete Komponente (Rohr, Schalldämpfer, Filter, Katalysator oder dgl.), wobei die dem Abgaskrümmer unmittelbar nachgeschaltete Komponente der Abgasanlage direkt mit den Einzelrohren (1), auf welche die genannte Komponente aufgesteckt ist, verbunden ist.