DE10338382B4 - Manifold for an internal combustion engine and method for its production - Google Patents

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Abstract

Krümmer zur Montage an einem Aus- oder Einlass einer Brennkraftmaschine, mit einem Flansch (1) und einem mit dem Flansch (1) durch Einfügen in eine einteilig mit dem Flansch (1) geformte Stützhülse (3) zusammengefügten Rohr (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Stützhülse (3) aus einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Durchgangsöffnung (2) benachbarten Laschen (9) gebildet ist.Manifold to Mounting on an outlet or inlet of an internal combustion engine, with a flange (1) and one with the flange (1) by insertion into a one piece supporting sleeve (3) formed with the flange (1) joined Pipe (6), characterized in that the support sleeve (3) consists of a plurality from in the circumferential direction of the passage opening (2) adjacent tabs (9) is formed.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Krümmer zur Montage an einem Aus- oder Einlass einer Brennkraftmaschine. Derartige Krümmer dienen zum Zuführen von Luft-Kraftstoffgemisch bzw. zum Ableiten der bei der Verbrennung des Gemisches entstehenden Abgase. Die Krümmer, insbesondere die am Auslass montierten, sind erheblichen thermischen Belastungen ausgesetzt; sie können im Laufe des Betriebs der Brennkraftmaschine Temperaturen in der Größenordnung von 1000°C erreichen.The The present invention relates to a manifold for mounting on an or inlet of an internal combustion engine. Such manifolds serve for feeding of air-fuel mixture or for the derivation of the combustion the mixture resulting exhaust gases. The manifolds, especially those at the outlet mounted, are exposed to significant thermal loads; you can during the operation of the engine temperatures in the Magnitude from 1000 ° C to reach.

Derartige Krümmer wurden lange Zeit als Gussteile gefertigt. In den letzten Jahren hat es zunehmende Bemühungen gegeben, derartige Krümmer mit Hilfe von Fügetechniken zu realisieren. Diese Techniken erlauben es prinzipiell, vergleichsweise geringe Wandstärken für den an der Brennkraftmaschine zu montierenden Flansch des Krümmers in der Größenordnung von 3 oder sogar nur 1,5 mm zu verwenden, doch haben sich mit so dünnen Flanschflächen gefertigte Krümmer bislang als für den Feldeinsatz nur beschränkt geeignet erwiesen. Die hohen thermischen Belastungen führen zu Deformationen der dünnwandigen Flansche, in deren Folge es an der Verbindung vom Flansch zum Krümmerrohr zu Undichtigkeiten und anderen Dauerhaltbarkeitsproblemen kommen kann.such elbow were made for a long time as castings. In recent years it has increasing efforts given, such manifolds with the help of joining techniques to realize. These techniques allow it in principle, comparatively small wall thickness for the to be mounted on the internal combustion engine flange of the manifold in the Magnitude of 3 or even just 1.5mm, but have to deal with so thin flange manufactured manifolds so far as for the field use only limited proved suitable. The high thermal loads lead to Deformations of thin-walled Flanges, as a result of which at the connection from the flange to the manifold pipe come to leaks and other durability issues can.

Ein gefügter Krümmer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus EP 0178 430 bekannt. DE 197 21 092 C1 lehrt einen Krümmer, bei dem eine Stützhülse und ein Flansch miteinander verschweißt sind.A joined manifold according to the preamble of claim 1 is made EP 0178 430 known. DE 197 21 092 C1 teaches a manifold in which a support sleeve and a flange are welded together.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen in Fügetechnik aus dünnwandigem Material realisierbaren Krümmer anzugeben, der eine für den Feldeinsatz ausreichende Dauerbelastbarkeit aufweist.task The present invention is a in joining of thin-walled Material realizable manifold specify one for the field use has sufficient continuous load capacity.

Eine weitere Aufgabe ist, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Krümmers anzugeben.A Another object is a method for producing such elbow specify.

Die Aufgabe wird zum einen gelöst durch einen Krümmer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und zum anderen durch ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Um die gewünschte Stabilität zu erreichen, genügt für die Hülse eine geringere Wandstärke als für den Flansch. Insbesondere kann die Wandstärke des Flansches 4 mm oder weniger, vorzugsweise ca. 3 mm, und die der Hülse 3 mm oder weniger, vorzugsweise ca. 2 mm, betragen.The Task is solved on the one hand through a manifold with the features of claim 1 and the other by a manufacturing method with the features of claim 9. In order to achieve the desired stability, enough for the Sleeve one lower wall thickness as for the flange. In particular, the wall thickness of the flange 4 mm or less, preferably about 3 mm, and the sleeve 3 mm or less, preferably about 2 mm, amount.

Einer besonders bevorzugten Ausgestaltung zufolge weist die Hülse wenigstens zwei Abschnitte auf, darunter einen dem Flansch benachbarten, mit dem Rohr formschlüssigen Abschnitt, der das Rohr in seiner Ausrichtung in Bezug auf den Flansch fixiert, und einen zu einem freien Ende der Hülse hin divergenten Abschnitt, der es dem Rohr ermöglicht, Hebelmomenten, die auf den Krümmer einwirken, ein Stück weit nachzugeben, und der das Rohr dabei abstützt. Der Öffnungswinkel des divergenten Abschnitts liegt zweckmäßigerweise zwischen 2 und 10°, bevorzugt bei ca. 50°.one According to a particularly preferred embodiment, the sleeve has at least two sections, including one adjacent to the flange, with the Tube form-fitting Section that holds the tube in its orientation with respect to the flange fixed, and a section diverging toward a free end of the sleeve, which allows the pipe to Leverage moments on the manifold act, a piece to give way, and the pipe supports it. The opening angle of the divergent Section is conveniently located between 2 and 10 °, preferably at about 50 °.

Vorteilhaft ist auch, dass der divergente Abschnitt in einem Schnitt senkrecht zur Ebene des Flansches eine Krümmung aufweist. Dies ermöglicht es dem Rohr, wenn es sich unter einem Hebelmoment verformt, sich über eine mit zunehmendem Hebelmoment anwachsende Länge an den divergenten Abschnitt anzuschmiegen, so dass die aus dem Hebelmoment resultierende Beanspruchung des Rohrs sich über die gesamte abgestützte Länge verteilt. Ein Krümmungsradius von 3 bis 10 mm ist hier für angemessenAdvantageous is also that the divergent section in a section perpendicular to the plane of the flange a curvature having. This allows it the tube, when it deforms under a lever moment, over a increasing length with increasing lever moment to the divergent section snug so that the stress resulting from the moment of the lever the pipe is over the entire supported Length distributed. A radius of curvature from 3 to 10 mm is here for reasonable

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Figuren.Further Features and advantages of the invention will become apparent from the following Description of exemplary embodiments with reference to the attached Characters.

Es zeigen:It demonstrate:

1 Ansichten und Schnitte eines nicht erfindungsgemäßen Krümmers in verschiedenen Phasen seiner Herstellung; 1 Views and sections of a non-inventive manifold in different stages of its production;

2 Ansichten und Schnitte eines erfindungsgemäßen Krümmers in verschiedenen Phasen seiner Herstellung. 2 Views and sections of a manifold according to the invention in different phases of its production.

Das in 1 veranschaulichte Herstellungsverfahren geht aus von einem in 1a in Seitensicht gezeigten Stück Walzblech mit einer Stärke von ca. 5 mm. Das Blechstück ist vorgesehen, um den Flansch 1 des fertigen Krümmers zu bilden.This in 1 illustrated manufacturing method is based on a in 1a Side view of rolled sheet with a thickness of approx. 5 mm. The piece of sheet metal is provided around the flange 1 to form the finished manifold.

1b zeigt der Flansch 1 in einer Draufsicht, nach dem Ausstanzen einer nieren- oder achtförmigen Durchgangsöffnung 2. Die Gestalt der Durchgangsöffnung 2 ist angepasst an den Umriss einer Austrittsöffnung der Brennkraftmaschine (nicht gezeigt), an der der Flansch 1 montiert werden soll; der freie Querschnitt der Durchgangsöffnung 2 ist allerdings geringfügig größer als der der Austrittsöffnung. 1b shows the flange 1 in a plan view, after punching a kidney or achtförmigen passage opening 2 , The shape of the passage opening 2 is adapted to the outline of an outlet opening of the internal combustion engine (not shown), on which the flange 1 to be mounted; the free cross section of the passage opening 2 However, it is slightly larger than that of the outlet opening.

In einem anschließenden Schritt des Verfahrens wird in die Durchgangsöffnung 2 eine Hülse 3 eingepresst. Der Querschnitt der Hülse 3 muss sehr exakt an die Form der Durchgangsöffnung 2 angeglichen sein; wünschenswert ist, auf dem gesamten Umfang der Durchgangsöffnung 2 Kontakt zwischen deren Rand und der Hülse 3 zu haben. Auch die Eindringtiefe der Hülse 3 in die Durchgangsöffnung 2 muss exakt eingestellt sein; damit bei einem späteren Schweißen die Schweißnaht innerhalb der Dicke des Flansches 1 zu liegen kommt, darf die Hülse 3 den Flansch 1 nicht auf seiner gesamten Dicke durchqueren. Das Ergebnis ist in 1c gezeigt.In a subsequent step of the method is in the through hole 2 a sleeve 3 pressed. The cross section of the sleeve 3 must be very exact to the shape of the through hole 2 be aligned; is desirable on the entire circumference of the through hole 2 Contact between its edge and the sleeve 3 to have. Also the penetration depth of the sleeve 3 in the passage opening 2 must be set exactly; thus at a later welding the weld within the thickness of the flange 1 is allowed to lie to the sleeve 3 the flange 1 do not cross on its entire thickness. The result is in 1c shown.

Anschließend wird die Hülse 3 von ihrem von dem Flansch 1 abgewandten Ende aus geringfügig radial aufgeweitet, so dass an der Hülse 3 zwei Abschnitte entstehen, ein an den Flansch 1 angrenzender Abschnitt 4, in dem die Wände der Hülse 3 parallel zur Oberflächennormalen des Flansches 1 ausgerichtet sind, und einen von dem Flansch 1 abgewandten Abschnitt 5, in welchem die Seitenwände der Hülse 3 vom Flansch 1 fort geringfügig divergieren. Der Winkel zwischen der Oberflächennormalen des Flansches 1 und der Innenfläche der Hülse nimmt über den Abschnitt 5 hinweg vom Flansch 1 fort zu und kann am vom Flansch 1 abgewandten Rand der Hülse 3 einen Wert zwischen 2° und 10°, vorzugsweise ca. 5°, erreichen. Der über die Länge des Abschnitts 5 hinweg zunehmende Winkel entspricht einem Krümmungsradius von ca. 3 bis 10 mm.Subsequently, the sleeve 3 from her from the flange 1 remote end of slightly radially widened, so that on the sleeve 3 two sections emerge, one to the flange 1 adjacent section 4 in which the walls of the sleeve 3 parallel to the surface normal of the flange 1 aligned, and one of the flange 1 remote section 5 in which the side walls of the sleeve 3 from the flange 1 diverge slightly. The angle between the surface normal of the flange 1 and the inner surface of the sleeve takes over the section 5 away from the flange 1 to and from on the flange 1 remote edge of the sleeve 3 reach a value between 2 ° and 10 °, preferably about 5 °. The over the length of the section 5 increasing angle corresponds to a radius of curvature of about 3 to 10 mm.

Der aufgeweitete Abschnitt 5 erleichtert zum einen das Einstecken eines Rohrs 6 in die Hülse 3, wie in 1d gezeigt, zum anderen bewirkt er beim fertigen Krümmer eine Verteilung von Biegebeanspruchungen über eine nicht verschwindende Länge des Rohrs 6 und damit eine verbesserte Haltbarkeit des Krümmers.The expanded section 5 facilitates on the one hand the insertion of a pipe 6 in the sleeve 3 , as in 1d On the other hand, it causes a distribution of bending stresses over a non-vanishing length of the pipe in the finished manifold 6 and thus improved durability of the manifold.

In einem letzten Schritt der Herstellung des Krümmers werden, wie in 1e gezeigt, das Rohr 6 und die Hülse 3 in einem einzigen Schweißvorgang durch eine gemeinsame Schweißnaht 7 mit dem Flansch 1 verbunden.In a final step of making the manifold, as in 1e shown the pipe 6 and the sleeve 3 in a single welding process through a common weld 7 with the flange 1 connected.

Ausgangspunkt des in 2 gezeigten Herstellungsverfahrens ist ein ebenes Blechstück, das den Flansch 1 des Krümmers bilden soll, wie auch im Verfahren der 1. Die Stärke des Flansches 1 kann beim Verfahren der 2 geringer sein als bei dem der 1; es genügt eine Stärke von nicht mehr als ca. 3 mm.Starting point of in 2 The manufacturing process shown is a flat piece of sheet metal, the flange 1 of the manifold, as well as in the process of 1 , The strength of the flange 1 can in the process of 2 be lower than that of the 1 ; it suffices a thickness of not more than about 3 mm.

In den Flansch 1 wird die in 2b in Draufsicht gezeigte Durchgangsöffnung 2 gestanzt. Die Durchgangsöffnung 2 hat hier die Form zweier miteinander verschmelzender Kreise, von denen jeweils radial orientierte Schlitze 8 ausgehen. Die Durchgangsöffnung 2 und die Schlitze 8 begrenzen jeweils drei Seiten von die Durchgangsöffnung 2 auf ihrem gesamten Umfang umgebenden Laschen 9. Durch Umbiegen der Laschen 9 entlang der sie mit dem Flansch 1 verbindenden Grundlinien, z. B. mit Hilfe eines Lehrdorns, wird die in 2c gezeigte Form erhalten, bei der die aus der Ebene des Flansches 1 heraus abgewinkelten Laschen 9 einen Ansatz einer Hülse 3 bilden.In the flange 1 will the in 2 B Through hole shown in plan view 2 punched. The passage opening 2 here has the shape of two merging circles, each of which radially oriented slots 8th out. The passage opening 2 and the slots 8th each delimit three sides of the passage opening 2 Lugs surrounding their entire circumference 9 , By bending the tabs 9 along with the flange 1 connecting baselines, e.g. B. with the help of a teaching mandrel, which is in 2c Shown form shown, in which the out of the plane of the flange 1 out angled tabs 9 an approach of a sleeve 3 form.

In einem nächsten Schritt werden, wie in 2d gezeigt, die Laschen 9 flach gedrückt und dabei in die Länge gezogen, um eine Hülse 3 mit einer Wandstärke von ca. 1,5 mm zu erhalten. Gleichzeitig wird ein freies Ende jeder Lasche 9 geringfügig nach außen abgebogen, so dass, wie beim Ausführungsbeispiel der 1, die Hülse 3 einen an den Flansch 1 angrenzenden, parallel zu dessen Oberflächennormaler orientierten Abschnitt 4 und einen divergenten Abschnitt 5 aufweist. Öffnungswinkel oder Krümmungsradius des divergenten Abschnitts 5 sind die gleichen wie bei der ersten Ausgestaltung.In a next step, as in 2d shown the tabs 9 pressed flat while pulling out to a sleeve 3 with a wall thickness of about 1.5 mm. At the same time, a free end of each tab 9 slightly bent outwards, so that, as in the embodiment of 1 , the sleeve 3 one to the flange 1 adjacent, parallel to its surface normal oriented section 4 and a divergent section 5 having. Opening angle or radius of curvature of the divergent section 5 are the same as in the first embodiment.

Im nächsten Schritt wird ein Rohr 6 mit exakt an den freien Querschnitt der Hülse 3 angepasstem Querschnitt in die Hülse 3 eingefügt und innerhalb der Dicke des Flansches 1 mit diesem verschweißt. Da bei dieser Ausgestaltung die Hülse 3 bereits vor dem Schweißen fest mit dem Flansch zusammenhängt, kann die Schweißnaht 7 hier schmaler gehalten werden als bei der ersten Ausgestaltung. Dementsprechend ist auch die Eindringtiefe der Schweißnaht in das Material des Flansches 1 und des Rohrs 6 geringer als bei der ersten Ausgestaltung, und der Schweißprozess ist auch dann gut beherrschbar, wenn eine geringere Wandstärke für den Flansch 1 verwendet wird.The next step is a pipe 6 with exactly the free cross section of the sleeve 3 adapted cross section in the sleeve 3 inserted and within the thickness of the flange 1 welded with this. As in this embodiment, the sleeve 3 Already before welding is firmly connected with the flange, the weld can 7 be kept narrower here than in the first embodiment. Accordingly, the penetration depth of the weld into the material of the flange 1 and the pipe 6 less than in the first embodiment, and the welding process is well manageable even if a smaller wall thickness for the flange 1 is used.

Claims (9)

Krümmer zur Montage an einem Aus- oder Einlass einer Brennkraftmaschine, mit einem Flansch (1) und einem mit dem Flansch (1) durch Einfügen in eine einteilig mit dem Flansch (1) geformte Stützhülse (3) zusammengefügten Rohr (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Stützhülse (3) aus einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Durchgangsöffnung (2) benachbarten Laschen (9) gebildet ist.Manifold for mounting on an exhaust or inlet of an internal combustion engine, with a flange ( 1 ) and one with the flange ( 1 ) by inserting it in one piece with the flange ( 1 ) shaped support sleeve ( 3 ) assembled pipe ( 6 ), characterized in that the support sleeve ( 3 ) of a plurality of in the circumferential direction of the passage opening ( 2 ) adjacent tabs ( 9 ) is formed. Krümmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke der Hülse (3) geringer ist als die des Flansches (1).Manifold according to claim 1, characterized in that the wall thickness of the sleeve ( 3 ) is less than that of the flange ( 1 ). Krümmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Flansches (1) 4 mm oder weniger beträgt.Manifold according to one of the preceding claims, characterized in that the wall thickness of the flange ( 1 ) Is 4 mm or less. Krümmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke der Stützhülse (3) 3 mm oder weniger beträgt.Manifold according to one of the preceding claims, characterized in that the wall thickness of the support sleeve ( 3 ) Is 3 mm or less. Krümmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützhülse (3) einen dem Flansch (1) benachbarten, mit dem Rohr (6) formschlüssigen Abschnitt (4) und einen von dem Flansch beabstandeten, zu einem freien Ende hin divergenten Abschnitt (5) umfasst.Manifold according to one of the preceding claims, characterized in that the support sleeve ( 3 ) a the flange ( 1 ) adjacent, with the pipe ( 6 ) positive section ( 4 ) and a portion spaced from the flange and diverging toward a free end ( 5 ). Krümmer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der divergente Abschnitt (5) einen Öffnungshalbwinkel von 2 bis 10° aufweist.Manifold according to claim 5, characterized in that the divergent section ( 5 ) an opening Semi-angle of 2 to 10 °. Krümmer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der divergente Abschnitt (5) in einem Schnitt senkrecht zur Ebene des Flansches (1) eine Krümmung aufweist.Manifold according to claim 5 or 6, characterized in that the divergent section ( 5 ) in a section perpendicular to the plane of the flange ( 1 ) has a curvature. Krümmer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung des divergenten Abschnitts (5) einen Krümmungsradius von 3 bis 10 mm aufweist.Manifold according to claim 7, characterized in that the curvature of the divergent section ( 5 ) has a radius of curvature of 3 to 10 mm. Verfahren zum Herstellen eines Krümmers für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Krümmers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten: a) Bilden einer Öffnung (2) mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Öffnung (2) benachbarten Laschen (9) in einem Blech, das vorgesehen ist, um einen Flansch (1) des Krümmers zu bilden, b) Erzeugen einer die Öffnung (2) umgebenden Stützhülse (3) aus den Laschen (9), c) Einfügen eines Rohrs (6) des Krümmers in die Stützhülse (3).Method for producing a manifold for an internal combustion engine, in particular a manifold according to one of the preceding claims, comprising the steps: a) forming an opening ( 2 ) having a plurality in the circumferential direction of the opening ( 2 ) adjacent tabs ( 9 ) in a metal sheet intended to form a flange ( 1 ) of the manifold, b) creating an opening ( 2 ) surrounding support sleeve ( 3 ) from the tabs ( 9 ), c) inserting a pipe ( 6 ) of the bend in the support sleeve ( 3 ).
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