DE19713411C2

DE19713411C2 - Verfahren zur Herstellung eines doppelwandigen Abgaskrümmers

Info

Publication number: DE19713411C2
Application number: DE1997113411
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Streubel; Christian Smatloch
Original assignee: Benteler Deustchland GmbH
Current assignee: Benteler Deustchland GmbH
Priority date: 1997-04-01
Filing date: 1997-04-01
Publication date: 2001-02-15
Anticipated expiration: 2017-04-02
Also published as: DE19713411A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines doppelwandigen Abgaskrümmers.

Durch die DE 39 25 802 A1 gehört ein doppelwandiger Ab gaskrümmer zum Stand der Technik. Eintrittsflansch sowie Austrittsflansch des Abgaskrümmers sind als einstückiges Gußteil ausgebildet. Die zwischen den Flanschen liegenden gasführenden Kanäle werden durch eingegossene doppelwan dige Rohrabschnitte gebildet. Eine derartige Konstruktion zeichnet sich bei reduziertem Gewicht und niedriger Wär mekapazität durch eine hohe mechanische Standfestigkeit aus. Jedoch ist die Herstellung des Abgaskrümmers aufwen dig.

Bei einem anderen Herstellungsverfahren werden doppelwan dige Abgaskrümmer für Kraftfahrzeuge als geschweißte Blechschalenkonstruktion gefertigt. Hier werden zunächst Halbschalen stanz- und biegetechnisch gebildet. Jede Halbschale setzt eine aus einem Stahlblech gestanzte Pla tine voraus, die anschließend unter hälftigem Ausprägen der Einströmkanäle sowie des Ausströmkanals verformt wer den. Die beiden Halbschalen werden dann zur Bildung des Krümmergehäuses mit ihren Kanten aufeinander gelegt und anschließend entlang der Kanten verschweißt.

Nach dem Schweißen werden an die mehrkanalige Einström seite ein Kopfflansch und an die einkanalige Ausström seite ein Rohrflansch geschweißt. Der Kopfflansch dient zur Befestigung des Abgaskrümmers am Motorblock, während der Rohrflansch zum Anschluß des die Abgase weiterleiten den Auspuffrohrs vorgesehen ist.

Diese Vorgehensweise bei der Herstellung eines Abgaskrüm mers ist ebenfalls mit einem relativ hohen Aufwand ver bunden. Jede Halbschale wird in einem eigenen Stanz- und Prägewerkzeugt separat gefertigt. Anschließend werden die Halbschalen zusammengeführt und verbunden. Dies erfordert Mehraufwand hinsichtlich Logistik und Handhabung. Ferner sind die Schweißnähte vergleichsweise lang und insbeson dere zwischen den beiden außen liegenden Einströmkanälen kompliziert herzustellen.

Es zählt ferner zum Stand der Technik, Abgasführungsteile für die Automobilindustrie hydroformtechnisch herzustel len. Aus der EP 0 627 272 A2 geht beispielsweise ein dop pelwandiger Rohrkrümmer hervor, bei dem zunächst ein ge rades Innenrohr und ein gerades Außenrohr ineinander ge schoben werden. Dieses Doppelrohr wird vorgebogen und in eine erste Form eingebracht. Beide Rohre werden dann zusammen hydraulisch umgeformt. Anschließend wird in einer zweiten Form das Außenrohr hydraulisch aufgeweitet, wodurch der gewünschte Zwischenraum zwischen Außen- und Innenrohr entsteht. Hierbei wird der Druck im Zwischenraum und dem Inneren des Innenrohrs gleich gehal ten, so daß das Innenrohr selbst in seiner Form unverän dert bleibt.

Diese Vorgehensweise bei der Herstellung eines doppelwan digen Rohrkrümmers hat sich grundsätzlich bewährt.

Gleiches gilt für die nicht vorveröffentlichte DE 195 46 509 A1, welche einen Abgaskrümmer mit mindestens drei Anschlüssen betrifft, der eine Innenschale und eine Außenschale umfaßt. Im Bereich der Anschlüsse sind Innenschale und Außenschale miteinander verbunden, im übrigen jedoch unter Ausbildung eines Zwischenraums mit Abstand zueinander angeordnet. Die Außenschale und die Innenschale sind durch Innenhochdruckverformung aus dem Außen- bzw. dem Innenrohr eines Duplexrohrs geformt. Zum Dehnungsausgleich gegenüber der Außenschale weist die Innenschale eine Wellung auf.

Verfahren zur Herstellung von doppelwandigen luftspaltisolierten Rohrkrümmern bzw. Rohren gehören auch durch die DE 40 19 899 C1 und DE 44 28 435 A1 zum Stand der Technik. Auch hier kommt das bekannte Innenhochdruckumformen vorteilhaft zur Anwendung. Die Vorteile des Innenhochdruckumformverfahrens bei der Herstellung von Abgaskrümmerprodukten werden im übrigen auch in der Veröffentlichung in "Industrieanzeiger 38/94, Seite 32, 33" besonders hervorgehoben.

Ein wesentliches Ziel im Automobilbau besteht darin, die Fahrzeuge bzw. deren Bauteilkomponenten technisch weiter zu entwickeln bei gleichzeitiger verfahrensgerechter Ra tionalisierung der Herstellung. Hierdurch wird eine Stei gerung der Arbeitsproduktivität und der Qualität bei Ein sparung von Material, Energie, Arbeitskräften und Zeit angestrebt.

Der Erfindung liegt daher ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches eine rationelle Herstellung von doppelwandigen Abgaskrüm mern bei präziser Ausführung in engsten Toleranzen groß serienmäßig sicherstellt.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den Merkmalen des Anspruchs 1.

Danach werden zunächst ein Innenrohr und ein Außenrohr mit einer gegenüber der Wanddicke des Innenrohrs größeren Wanddicke zu einem Doppelrohr zusammengeführt. Das Doppelrohr wird dann endseitig abgedichtet und hydraulisch umgeformt. Bei dieser gemeinsamen Umformung von Innen- und Außenrohr werden am Doppelrohr stutzenförmige Ausbauchungen für die späteren Einströmkanäle des Abgaskrümmers ausgeformt. Hierbei sind das Innenrohr und das Außenrohr gegeneinander abgedichtet. Durch den allseitigen und gleichmäßigen Innenhochdruck im Innenrohr werden das Außenrohr und das Innenrohr simultan geformt.

Für den nächsten Umformschritt wird die Abdichtung zwi schen Innen- und Außenrohr geöffnet. Dies kann auch durch Herstellung einer Bohrung im Innenrohr geschehen. Das Außenrohr wird dann hydraulisch aufgeweitet, so daß der gewünschte Luftspalt zwischen Innenrohr und Außenrohr entsteht. Dieser luftgefüllte Zwischenraum vermindert die Wärmeverluste im Abgaskrümmer.

Anschließend werden die Ausbauchungen zu Einströmkanälen geöffnet und die Krümmeranschlüsse hergestellt. Hierzu werden die stirnseitigen Kappen der Ausbauchungen abge trennt.

Kernpunkt der Erfindung bildet die Maßnahme, die Ausbau chungen für die Einströmkanäle hydroformtechnisch am Dop pelrohr herzustellen. Vorzugsweise werden mehrere gleich artige Ausbauchungen ausgeformt, welche radial vom Dop pelrohr nach außen gerichtet sind. Anschließend wird das Außenrohr hydraulisch aufgeweitet. Dieser Umformvorgang wird mit Druckausgleich am Innenrohr durchgeführt, so daß das Innenrohr selbst in seiner Form unverändert bleibt.

Die Formgebung eines Abgaskrümmers erfolgt beim erfin dungsgemäßen Verfahren streckumformtechnisch mittels hydraulischem Innenhochdruck. Hierbei erhält der Werk stoff eine höhere Schwingfestigkeit. Die präzise Ausfüh rung in engsten Toleranzen und gleichermaßen glatten Innen- wie Außenwänden stellt eine rationelle großserien mäßige Fertigung sicher. Da vom ersten bis zum letzten Abgaskrümmer nahezu verschleißfrei produziert wird, sind alle Abgaskrümmer Stück für Stück identisch. Das erleich ter auch die Weiterverarbeitung.

Die Rentabilität der Herstellung wird dadurch gesteigert, daß in einem Umformvorgang innere Biegeradien faltenfrei, auch bei wechselnden Querschnitten gleichzeitig zu erzeu gen sind.

Ein luftspaltisolierter Abgaskrümmer kann so in höchster Präzision gefertigt und platzsparend geformt werden. We gen der verbesserten Materialfestigkeit lassen sich dünn wandige Abgaskrümmer produzieren. Insbesondere das Innen rohr kann wesentlich dünner als bisher ausgeführt sein. Hierdurch werden weitere Metalleinsparungen realisiert. Rationell ist diese Methode unter anderem auch deswegen, weil verschiedene Radien und Krümmergeometrien in einem Arbeitsgang geformt werden können.

Wesentlich ist weiterhin, daß das erfindungsgemäße Ver fahren zu einer Reduzierung der Schweißnähte bzw. Schweißvorgänge am Abgaskrümmer führt.

Von der DE 195 46 509 A1 unterscheidet sich die Erfindung dadurch, daß das Innenrohr dünner als das Außenrohr ausgebildet ist. Hiermit verbindet sich der Vorteil einer weiteren Materialeinsparung, wodurch das Gewicht eines Abgaskrümmers weiter reduziert werden kann.

Auch aus der DE 40 19 899 C1 und der DE 44 28 435 A1 geht der Einsatz eines Außenrohrs mit einer gegenüber der Wanddicke des Innenrohrs größeren Wanddicke nicht hervor. Auch ist bei diesen bekannten Verfahren nicht vorgesehen, am Doppelrohr hydraulisch stutzenförmige Ausbauchungen auszuformen, danach das Außenrohr unter Ausbildung eines Luftspalts zwischen Innenrohr und Außenrohr hydraulisch aufzuweiten und anschließend die Ausbauchungen stirnseitig zu Einströmkanälen zu öffnen.

Als besonders zweckmäßig hat sich ein Verhältnis der Wanddicke des Innenrohrs zur Wanddicke des Außenrohrs von etwa 1 : 3 ergeben (Anspruch 2).

Nach den Merkmalen des Anspruchs 3 wird das Doppelrohr vor dem Aufweiten des Außenrohrs bedarfsgerecht gebogen.

Hierbei wird vorzugsweise ein Ende des Doppelrohrs umge formt. So entsteht ein endseitiger Einströmkanal. Die Geometrie und Ausrichtung dieses Anschlusses entspricht den Ausbauchungen im Mittelteil des Doppelrohrs.

Auch wenn die biegetechnische Umformung grundsätzlich ohne Innendruck erfolgen kann, wird es nach den Merkmalen des Anspruchs 4 als besonders vorteilhaft angesehen, das Biegen des Doppelrohrs bei bestehendem hydraulischen In nendruck vorzunehmen.

Der Biegevorgang erfolgt hierbei in einer beweglichen Werkzeugform.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist in den Merkmalen des Anspruchs 5 charakterisiert. Danach wird das Ende des Doppelrohrs vor dem Biegen umformkon turgerecht beschnitten.

Hierdurch wird die endseitige Gestalt des Doppelrohrs auf die verschiedenen Krümmungsradien bei einer biegetechni schen Umformung abgestimmt. Damit wird einer Faltenbil dung am Innenradius des endseitigen Einströmkanals entge gengewirkt.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 6 erfolgt das Auf schweißen der Flanschanbindungen in einem nachfolgenden Verfahrensschritt. Hierbei wird an der Einströmseite ein Kopfflansch und üblicherweise auch an der Ausströmseite ein Rohrflansch angeschweißt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nachfolgend anhand der schematischen Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 den Fertigungsablauf eines Abgaskrümmers in fünf Stadien A bis E und

Fig. 2 einen Ausschnitt aus einem Krümmeranschluß.

Die Fig. 1 zeigt im Stadium A ein Doppelrohr 1 bestehend aus einem Innenrohr 2 und einem Außenrohr 3.

Im nächsten Verfahrensschritt (Stadium B) werden das In nenrohr 2 und das Außenrohr 3 endseitig abgedichtet und das Doppelrohr 1 mittels hydraulischem Innenhochdruck p_i umgeformt. Hierbei werden gezielt stutzenförmige Ausbau chungen 4 am Doppelrohr 1 ausgebildet.

Im Anschluß an diesen ersten hydraulischen Umformvorgang, bei dem das Innenrohr 2 und das Außenrohr 3 gemeinsam verformt werden, wird das Doppelrohr 1 an einem Ende 5 umformkonturgerecht beschnitten. Hierbei wird die Kontur des Endes 5 durch einen Schrägschnitt 6 gezielt auf die Streckumformung eines nachfolgenden Biegevorgangs abge stimmt. Auf diese Weise wird einer Faltenbildung entge gengewirkt. Im dargestellten Beispiel ist der Schräg schnitt 6 unter einem Winkel von 45° geführt.

Im Stadium C wird das Ende 5 konform zu den Ausbauchungen 4 umgebogen und so ein endseitiger Einlaßkanal 7 vorbe reitet.

Für den nächsten Umformschritt (Stadium D) wird die Ab dichtung zwischen Innenrohr 2 und Außenrohr 3 geöffnet und das Außenrohr 2 hydraulisch aufgeweitet. Hierdurch entsteht ein Zwischenraum 8 zwischen Innenrohr 2 und Außenrohr 3, wodurch sich der gewünschte isolierende Luftspalt 9 ergibt.

Beim Aufweitvorgang des Außenrohrs 2 ist der Druck p_a im Zwischenraum 8 und der Druck p_i im Inneren des Innenrohrs 2 ausgeglichen, so daß das Innenrohr 2 in seiner Form un verändert bleibt.

Nach dem Aufweiten des Außenrohrs 3 werden die Ausbau chungen 4 stirnseitig zu Einströmkanälen 10 geöffnet. Hierzu werden die Kappen 11 der Ausbauchungen 4 abge schnitten. Gleichzeitig wird auch der Einströmkanal 7 auf die erforderliche Länge gekürzt.

Zur Komplettierung eines Abgaskrümmers 12 wird an seiner mehrkanaligen Einströmseite 13 ein Kopfflansch 14 und an seiner einkanaligen Ausströmseite 15 ein Rohrflansch 16 festgelegt. Dies ist im Stadium E andeutungsweise darge stellt.

Die Fig. 2 verdeutlicht die Ausbildung eines Krümmeran schlusses 17.

Zwischen Außenrohr 18 und Innenrohr 19 ist ein Luftspalt 20 ausgebildet. Die Darstellung ist nicht maßstäblich zu verstehen. Bei einem für die Praxis besonders gut ge eigneten biegeelastischen Abgaskrümmer hat die Wandung des Innenrohrs 19 eine Stärke von 0,7 mm und die Wandung des Außenrohrs 18 eine Stärke von 2 mm. Die Wandung des Innenrohrs 19 ist demnach knapp dreimal dünner ausgeführt als die Wandung des Außenrohrs 18.

Einlaßseitig am Krümmeranschluß 17 ist ein Flansch 21 angeschweißt. Durch die Schweißnaht 22 sind auch das Außenrohr 18 und das Innenrohr 19 stirnseitig miteinander verbunden.

Ferner erkennt man, daß sich der Durchmesser des Außen rohrs 18 einlaßseitig des Krümmeranschlusses 16 an den Umfang des Innenrohrs 19 dicht anlegt.

Bezugszeichenaufstellung

1

- Doppelrohr

2

- Innenrohr

3

- Außenrohr

4

- Ausbauchung

5

- Ende

6

- Schrägschnitt

7

- Einlaßkanal

8

- Zwischenraum

9

- Luftspalt

10

- Einströmkanal

11

- Kappe

12

- Abgaskrümmer

13

- Einströmseite

14

- Kopfflansch

15

- Ausströmseite

16

- Rohrflansch

17

- Krümmeranschluß

18

- Außenrohr

19

- Innenrohr

20

- Luftspalt

21

- Flansch

22

- Schweißnaht
p_i

;- Druck Innenrohr
p_a

;- Druck Zwischenraum
α - Winkel

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines doppelwandigen Abgas krümmers (12) mit einer mehrkanaligen Einströmseite (13) und einer einkanaligen Ausströmseite (15), wobei zunächst ein gerades Innenrohr (2) und ein gerades Außenrohr (3) mit einer gegenüber der Wanddicke des Innenrohrs (2) größeren Wanddicke zu einem Doppelrohr (1) zusammengeführt und anschließend am Doppelrohr (1) hydraulisch stutzenförmige Ausbauchungen (4) ge formt werden, wonach das Außenrohr (3) unter Ausbil dung eines Luftspalts (8) zwischen Innenrohr (2) und Außenrohr (3) hydraulisch aufgeweitet und an schließend die Ausbauchungen (4) stirnseitig zu Ein strömkanälen (10) geöffnet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Wanddicke des Innenrohrs (2) zur Wanddicke des Außen rohrs (3) etwa 1 : 3 ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Doppelrohr (1) vor dem Aufweiten des Außenrohrs (3) gebogen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Biegen des Dop pelrohrs (1) unter hydraulischem Innendruck vorgenom men wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende (5) des Doppelrohrs (1) vor dem Biegen umform konturgerecht beschnitten wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Einströmseite (13) ein Kopfflansch (14) und an der Ausströmseite (15) ein Rohrflansch (16) ange schweißt wird.