EP0779418A1 - Abgaskrümmer sowie Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

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EP0779418A1
EP0779418A1 EP96118747A EP96118747A EP0779418A1 EP 0779418 A1 EP0779418 A1 EP 0779418A1 EP 96118747 A EP96118747 A EP 96118747A EP 96118747 A EP96118747 A EP 96118747A EP 0779418 A1 EP0779418 A1 EP 0779418A1
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shell
tube
exhaust manifold
corrugation
outer shell
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EP96118747A
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Gunther Hans Dipl.-Ing. Lühr
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Arvin Industries Deutschland GmbH
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Zeuna Starker GmbH and Co KG
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    • F01N2470/24—Concentric tubes or tubes being concentric to housing, e.g. telescopically assembled

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust manifold with at least three connections, comprising an inner shell and an outer shell, which are connected to one another in the region of the connections, but are otherwise arranged at a distance from one another with the formation of an intermediate space, the inner shell to compensate for expansion relative to the outer shell at least one device for strain compensation.
  • the invention further relates to a method for producing such a double-shell, air-gap-insulated exhaust manifold.
  • the inner shell is constructed from a plurality of sections, each of which is connected to one another via a sliding seat in order to allow expansion compensation between the inner shell and the outer shell.
  • the outer shell consists of two half-shells welded together. In the area of the exhaust gas inlets, the inner shell and the outer shell are welded together and with a mounting flange. In the area of the exhaust outlet, on the other hand, a sliding seat acting between the inner shell and the outer shell is provided.
  • the present invention is therefore based on the object of an exhaust manifold of the type specified To create type that can be produced with much less effort and thus more cost-effectively.
  • this object is achieved in that the outer shell and the inner shell of the exhaust manifold are formed by internal high pressure deformation from the outer and the inner tube of a duplex tube and that the device for expansion compensation consists of a corrugation of the inner tube.
  • the outer shell must consist of two half-shells (or more partial shells) which are welded together for reasons of the mountability of the exhaust manifold
  • the exhaust manifold can be produced by internal high-pressure deformation of a duplex pipe in a weld-free design. This is made possible by the fact that the devices of the inner shell for expansion compensation are not designed as a sliding seat, as in the prior art, but rather as a corrugation of the inner shell.
  • the method for producing the exhaust manifold according to the invention can be reduced to three forming stages, namely pre-bending a duplex pipe, first internal high-pressure deformation for forming the third as well as possible further connections and for shaping the inner shell in accordance with its final shape and second internal high-pressure deformation for shaping (widening) the outer shell in accordance with its final shape.
  • this document relates to the production of an exhaust manifold from a tube using an internal high pressure deformation; however, this document is not concerned with the production of a double-shell, air-gap-insulated exhaust manifold, so that the problem of expansion compensation between the inner shell and the outer shell is naturally not touched.
  • the exhaust manifold shown in the drawing has four connections, namely three exhaust gas inlets 1 and one exhaust gas outlet 2. It comprises an inner shell 3 and an outer shell 4. These are in the area of Connections interconnected; otherwise they are arranged at a distance from one another, forming an intermediate space 5.
  • a flange 6 is provided, which is welded to the inner shell 3 and the outer shell 4.
  • the inner shell 3 has a corrugation 8. In this way, internal stresses of the exhaust manifold are kept low by thermal expansion of the inner shell 3 compared to the outer shell 4.
  • the outer shell 4 also has a wave structure 9. With large exhaust manifolds, this results in a reduction in sound radiation.
  • the exhaust manifold shown in the drawing was produced in the following manner from a duplex pipe: First, the duplex pipe was pre-bent in such a way that its course essentially corresponded to the shape of the finished manifold.
  • the reference number 7 indicates the center line of the correspondingly pre-bent pipe. After bending, the two ends of the duplex pipe assume a spatial position with respect to one another which corresponds to the spatial arrangement of the two outer inlets of the exhaust manifold relative to one another.
  • the duplex pipe pre-bent in this way is then inserted into a first die, in which a first internal high-pressure deformation takes place.
  • the die has two branches, which serve to form two further connections of the exhaust manifold, namely the middle exhaust gas inlet and the exhaust gas outlet, each by necking the duplex pipe.
  • the first die also has one corrugated surface which corresponds to the corrugated structure 8, which the inner shell of the finished exhaust manifold should have.
  • the forming pressure is introduced exclusively into the interior of the inner tube of the duplex tube.
  • the inner tube and outer tube of the duplex tube therefore deform together until they come into contact with the first die. This creates the two neckings mentioned above and corresponding corrugated structures of the inner tube and the outer tube.
  • the exhaust manifold preformed in this way is then inserted into a second die, the contour of which corresponds to the outer shape of the later outer shell 4.
  • the hydraulic pressure is introduced into the interior of the inner tube and between the inner tube and the outer tube.
  • the inner tube remains undeformed at this forming stage and maintains its shape which is in line with the design of the inner shell 3 of the finished exhaust manifold.
  • the outer tube is widened and takes on its shape corresponding to the shape of the outer shell 4 of the finished exhaust manifold.
  • the space 5 is created between the inner shell 3 and the outer shell 4.
  • the two neckings described above are finally opened to form the corresponding connections (exhaust gas inlet or exhaust gas outlet).

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Abstract

Ein Abgaskrümmer mit mindestens drei Anschlüssen (1, 2) umfaßt eine Innenschale (3) und eine Außenschale (4), welche im Bereich der Anschlüsse miteinander verbunden, im übrigen jedoch unter Ausbildung eines Zwischenraumes (5) mit Abstand zueinander angeordnet sind. Die Außenschale (4) und die Innenschale (3) sind durch Innenhochdruckverformung aus dem Außen- bzw. dem Innenrohr eines Duplexrohres geformt. Zum Dehnungsausgleich gegenüber der Außenschale weist die Innenschale eine Wellung (8) auf. <IMAGE>

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgaskrümmer mit mindestens drei Anschlüssen, umfassend eine Innenschale und eine Außenschale, welche im Bereich der Anschlüsse miteinander verbunden, im übrigen jedoch unter Ausbildung eines Zwischenraumes mit Abstand zueinander angeordnet sind, wobei die Innenschale zum Dehnungsausgleich gegenüber der Außenschale mindestens eine Einrichtung zur Dehnungskompensation aufweist. Die Erfindung betrifft des weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen doppelschaligen, luftspaltisolierten Abgaskrümmers.
  • Ein Abgaskrümmer der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der europäischen Patentanmeldung 0 582 985 bekannt. Die Innenschale ist dabei aus einer Mehrzahl von Abschnitten aufgebaut, die jeweils über einen Schiebesitz miteinander verbunden sind, um einen Dehnungsausgleich zwischen der Innenschale und der Außenschale zu ermöglichen. Die Außenschale besteht aus zwei miteinander verschweißten Halbschalen. Im Bereich der Abgaseinlässe sind die Innenschale und die Außenschale miteinander sowie mit einem Befestigungsflansch verschweißt. Im Bereich des Abgasauslasses ist demgegenüber ein zwischen der Innenschale und der Außenschale wirkender Schiebesitz vorgesehen.
  • Bei dem bekannten Abgaskrümmer wird der hohe, mit beträchtlichen Fertigungskosten verbundene Fertigungsaufwand als nachteilig angesehen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Abgaskrümmer der eingangs angegebenen Art zu schaffen, der mit einem deutlich geringeren Aufwand und somit kostengünstiger herstellbar ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Außenschale und die Innenschale des Abgaskrümmers durch Innenhochdruckverformung aus dem Außen- bzw. dem Innenrohr eines Duplexrohres geformt sind und daß die Einrichtung zur Dehnungskompensation aus einer Wellung des Innenrohres besteht. Während beim Stand der Technik die Außenschale aus Gründen der Montierbarkeit des Abgaskrümmers aus zwei Halbschalen (oder mehreren Teilschalen) bestehen muß, welche miteinander verschweißt werden, kann gemäß der vorliegenden Erfindung der Abgaskrümmer durch Innenhochdruckverformung eines Duplexrohres in schweißnahtfreier Ausführung hergestellt werden. Dies wird möglich dadurch, daß die Einrichtungen der Innenschale zur Dehnungskompensation nicht, wie beim Stand der Technik, als Schiebesitz ausgebildet sind, sondern vielmehr als Wellung der Innenschale.
  • Der erfindungsgemäße doppelschalige, luftspaltisolierte Abgaskrümmer läßt sich in Anwendung eines Verfahrens herstellen, das die folgenden Schritte umfaßt:
    • Ein Duplexrohr wird in der Weise gebogen, daß sein Verlauf im wesentlichen der Gestalt des fertigen Krümmers entspricht, wobei seine Enden im wesentlichen entsprechend der räumlichen Anordnung zweier der Anschlüsse des fertigen Krümmers zueinander gestellt werden.
    • Das vorgebogene Duplexrohr wird in ein erstes Gesenk eingelegt, dessen Gravur mindestens eine Abzweigung sowie zumindest in Teilbereichen eine Wellung aufweist.
    • Anschließend werden das Innenrohr und das Außenrohr des vorgebogenen Duplexrohres in dem ersten Gesenk gemeinsam mittels Innenhochdruckverformung aufgeweitet, um in dem Duplexrohr mindestens eine Aushalsung auszuformen sowie zumindest bereichsweise eine Wellung auszubilden.
    • Sodann wird der vorgeformte Krümmer in ein zweites Gesenk eingelegt, dessen Gravur der Außenform der Außenschale des fertigen Krümmers entspricht; die Gravur des zweiten Gesenks ist dabei in den von den späteren Anschlüssen des Krümmers entfernten Bereichen weiter als das erste Gesenk.
    • Abschließend wird das Außenrohr in seinen von den späteren Anschlüssen des Krümmers entfernten Bereichen durch Innenhochdruckverformung aufgeweitet, um in diesen Bereichen einen Zwischenraum zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr auszubilden.
  • Ersichtlich entfällt bei diesem Verfahren, verglichen mit dem zur Herstellung bekannter gattungsgemäßer Abgaskrümmer angewandten Verfahren, jeglicher Montageaufwand, der mit dem Zusammenfügen der einzelnen Abschnitte der Innenschale, dem Einlegen der vormontierten Innenschale in die geöffnete Außenschale sowie dem Schließen der Außenschale verbunden ist. Im wesentlichen läßt sich das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Abgaskrümmers auf drei Umformstufen reduzieren, nämlich Vorbiegen eines Duplexrohres, erste Innenhochdruckverformung zur Ausformung des dritten sowie möglicher weiterer Anschlüsse und zur Formgebung der Innenschale entsprechend ihrer endgültigen Gestalt sowie zweite Innenhochdruckverformung zur Formgebung (Aufweitung) der Außenschale entsprechend ihrer endgültigen Gestalt.
  • Aus dem Stand der Technik (EP-A-0 627 272) ist zwar ein Verfahren zur Herstellung eines doppelschaligen, luftspaltisolierten Rohres bekannt, bei welchem ein Duplexrohr zunächst vorgebogen und anschließend unter Anwendung einer zweistufigen Innenhochdruckverformung in seine entgültige Gestalt gebracht wird. Jedoch befaßt sich diese Druckschrift weder mit der Herstellung von Abgaskrümmern, noch mit dem Problem des Dehnungsausgleichs des Innenrohres gegenüber dem Außenrohr. Und auch das deutsche Gebrauchsmuster 94 07 812 vermag zur Lösung des angegebenen Problems keine Anregung zu geben. Zwar betrifft diese Druckschrift die Herstellung eines Abgaskrümmers aus einem Rohr unter Anwendung einer Innenhochdruckverformung; jedoch befaßt sich diese Druckschrift nicht mit der Herstellung eines doppelschaligen, luftspaltisolierten Abgaskrümmers, so daß naturgemäß das Problem des Dehnungsausgleichs zwischen der Innenschale und der Außenschale nicht berührt ist.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Krümmers in teilweise gebrochener Seitenansicht.
  • Der in der Zeichnung dargestellte Abgaskrümmer weist vier Anschlüsse auf, nämlich drei Abgaseinlässe 1 sowie einen Abgasauslaß 2. Er umfaßt eine Innenschale 3 sowie eine Außenschale 4. Diese sind im Bereich der Anschlüsse miteinander verbunden; im übrigen sind sie jedoch unter Ausbildung eines Zwischenraumes 5 mit Abstand zueinander angeordnet.
  • Im Bereich der drei Abgaseinlässe 1 ist jeweils ein Flansch 6 vorgesehen, der mit der Innenschale 3 und der Außenschale 4 verschweißt ist.
  • Die Innenschale 3 weist eine Wellung 8 auf. Auf diese Weise werden innere Spannungen des Abgaskrümmers durch thermische Dehnung der Innenschale 3 gegenüber der Außenschale 4 gering gehalten. Auch die Außenschale 4 weist eine Wellenstruktur 9 auf. Dies bewirkt bei großflächigen Abgaskrümmern eine Reduzierung der Schallabstrahlung.
  • Der in der Zeichung dargestellte Abgaskrümmer wurde in der folgenden Weise aus einem Duplexrohr hergestellt: Zunächst wurde das Duplexrohr in der Weise vorgebogen, daß sein Verlauf im wesentlichen der Gestalt des fertigen Krümmers entsprach. Mit dem Bezugszeichen 7 ist die Mittellinie des entsprechend vorgebogenen Rohres angegeben. Die beiden Enden des Duplexrohres nehmen nach dem Biegen eine räumliche Stellung bezüglich einander ein, die der räumlichen Anordnung der beiden äußeren Einlässe des Abgaskrümmers zueinander entspricht.
  • Das in dieser Weise vorgebogene Duplexrohr wird anschließend in ein erstes Gesenk eingelegt, in welchem eine erste Innenhochdruckverformung stattfindet. Das Gesenk weist zwei Abzweigungen auf, welche der Ausformung zweier weiterer Anschlüsse des Abgaskrümmers, nämlich des mittleren Abgaseinlasses sowie des Abgasauslasses, durch jeweils eine Aushalsung des Duplexrohres dienen. Das erste Gesenk weist im übrigen eine gewellt Oberfläche auf, welche der Wellenstruktur 8 entspricht, die die Innenschale des fertigen Abgaskrümmers aufweisen soll. Bei der in dem ersten Gesenk stattfindenden ersten Stufe der Innenhochdruckverformung wird der Umformdruck ausschließlich in das Innere des Innenrohres des Duplexrohres eingebracht. Innenrohr und Außenrohr des Duplexrohres verformen sich daher gemeinsam bis zur Anlage an dem ersten Gesenk. Dabei entstehen die beiden vorstehend erwähnten Aushalsungen sowie zueinander korrespondierende Wellenstrukturen des Innenrohres und des Außenrohres.
  • Der in dieser Weise vorgeformte Abgaskrümmer wird anschließend in ein zweites Gesenk eingelegt, dessen Kontur der Außenform der späteren Außenschale 4 entspricht. Bei der in diesem zweiten Gesenk stattfindenden zweiten Stufe der Innenhochdruckverformung wird der Hydraulikdruck in das Innere des Innenrohres sowie zwischen das Innenrohr und das Außenrohr eingebracht. Infolge des Druckgleichgewichts bleibt das Innenrohr bei dieser Umformstufe unverformt und behält seine der Gestaltung der Innenschale 3 des fertigen Abgaskrümmers einsprechende Form bei. Das Außenrohr wird hingegen aufgeweitet und nimmt seine der Gestalt der Außenschale 4 des fertigen Abgaskrümmers entsprechende Form an. Dabei entsteht zwischen der Innenschale 3 und der Außenschale 4 der Zwischenraum 5. Die beiden oben beschriebenen Aushalsungen werden abschließend geöffnet, um die entsprechenden Anschlüsse (Abgaseinlaß bzw. Abgasauslaß) zu bilden.

Claims (3)

  1. Abgaskrümmer mit mindestens drei Anschlüssen (1, 2), umfassend eine Innenschale (3) und eine Außenschale (4), welche im Bereich der Anschlüsse miteinander verbunden, im übrigen jedoch unter Ausbildung eines Zwischenraumes (5) mit Abstand zueinander angeordnet sind, wobei die Innenschale zum Dehnungsausgleich gegenüber der Außenschale mindestens eine Einrichtung zur Dehnungskompensation aufweist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Außenschale (4) und die Innenschale (3) durch Innenhochdruckverformung aus dem Außen- bzw. dem Innenrohr eines Duplexrohres geformt sind und daß die Einrichtung zur Dehnungskompensation aus einer Wellung (8) der Innenschale (3) besteht.
  2. Abgaskrümmer nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Außenschale eine die Schallabstrahlung reduzierende Wellung (9) aufweist.
  3. Verfahren zur Herstellung eines doppelschaligen, luftspaltisolierten Abgaskrümmers gemäß Anspruch 1, umfassend die folgenden Schritte:
    - Biegen eines Duplexrohres in einen im wesentlichen der Gestalt des fertigen Krümmers entsprechenden Verlauf, wobei seine Enden im wesentlichen der räumlichen Anordnung zweier der Anschlüsse des fertigen Krümmers zueinander entsprechend gestellt werden;
    - Einlegen des vorgebogenen Duplexrohres in ein erstes Gesenk, dessen Gravur mindestens eine Abzweigung sowie zumindest teilweise eine Wellung aufweist;
    - gemeinsames Verformen von Innenrohr und Außenrohr des vorgebogenen Duplexrohres mittels Innenhochdruckverformung zur Ausbildung einer Wellung sowie zur Ausformung mindestens einer Aushalsung;
    - Einlegen des vorgeformten Krümmers in ein zweites Gesenk, dessen Gravur der Außenform der Außenschale des fertigen Krümmers entspricht;
    - Aufweiten des Außenrohres in seinen von den späteren Anschlüssen entfernten Bereichen mittels Innenhochdruckverformung zur Ausbildung eines Zwischenraumes zwischen Innenrohr und Außenrohr.
EP96118747A 1995-12-13 1996-11-22 Abgaskrümmer sowie Verfahren zu seiner Herstellung Withdrawn EP0779418A1 (de)

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