EP1434659B1 - Verfahren zur herstellung eines abzweigrohres - Google Patents

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EP1434659B1
EP1434659B1 EP02779363A EP02779363A EP1434659B1 EP 1434659 B1 EP1434659 B1 EP 1434659B1 EP 02779363 A EP02779363 A EP 02779363A EP 02779363 A EP02779363 A EP 02779363A EP 1434659 B1 EP1434659 B1 EP 1434659B1
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shell part
joining flanges
branch pipe
another
blank
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Wilfried Bien
Pierre Bonny
Michael Halves
Thomas Hülsberg
Uwe KLÜSSMANN
Holger Nuhn
Ralf Pünjer
Olav Reinhardt
Dirk Riewert
Thorsten Sternal
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Mercedes Benz Group AG
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DaimlerChrysler AG
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    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
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    • B21C37/28—Making tube fittings for connecting pipes, e.g. U-pieces
    • B21C37/29—Making branched pieces, e.g. T-pieces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a branch pipe for use in the exhaust system of a motor vehicle according to the preamble of claim 1.
  • Branch pipes are commonly welded together deep-drawn half-shells, in one piece from cast or by hydroforming from a straight or curved tube produced.
  • the first method of preparation requires an increased Handling effort to put the two half-shells together.
  • two molds are required, whereby the Manufacturing tolerances of the items for the joining process accordingly are high, which makes this difficult.
  • the execution in Casting is much easier to handle, but it is on the one hand a branch pipe made of cast iron relatively heavy and on the other hand the design variety of the branch of the to be generated Tube considerably limited in terms of wall thickness, since with the casting technique very thin walls not sure process can be formed.
  • the hydroforming technology provides this Although there are more possibilities, there are also limits to especially as far as the length of the branch is concerned. Of others - if at all possible - due to the process-specific material thinning only very difficult and laborious, made of thin-walled pipes branches reliable to mold.
  • a generic method is known from EP 0 780 173 A2. This is to produce a manifold pipe branch a motor vehicle exhaust system a Blechcoil- or blank PCB deep-drawn and cut in a follow-on composite tool, whereby a pipe part semi-finished product is formed, which the unwound form of the tube part End Weges corresponds. The tube part semifinished product is then pre-bent and wound. The Finished bent part is bent in its medium contact area gas-tight welded.
  • the invention has for its object to provide a method by means of which in a simple way the process-reliable Production of a branch pipe for use in the exhaust system of a motor vehicle with almost any design of the branch is made possible.
  • the training is strong curved branches possible, whereby in use in the assembly an exhaust manifold this better the space of the engine compartment can be adjusted.
  • the length of the Branches can be sized so that no connecting pipe more is required to the input flange on the cylinder head.
  • the joint seam is such that it is from the hot exhaust gas is not directly flowed, bringing a significant increase the durability of the exhaust manifold is associated. Due to the location the seam can, at least when used in the exhaust system the suture should be interrupted, as the gas tightness due to the in the sliding seat with game subsequent further exhaust pipes not fully given anyway what the manufacturing process times minimizes and thus the production cost-effective power.
  • Fig. 1 is an intermediate stage of a process for the preparation a branch pipe 1 shown.
  • a blank or sheet metal section from a coil which is subjected to a deep-drawing process.
  • the Deep drawing will make the board an elongated rectilinear Main bulge and two side vaults formed, which the latter branch off from one longitudinal side of the main curvature and with respect to the running in the circuit board material Center longitudinal axis 2 of the main curvature opposite each other.
  • the side curvatures are in terms of shape of their baseline arranged mirror-symmetrically to each other.
  • the baseline denotes the course of the opening edge of the side curvatures.
  • the side curvatures the form and dimension according to - apart from their mirror-symmetrical arrangement - are completely alike, can the side bulges also according to the desire of the produced Branches have different depths.
  • thermoforming tool After forming the board, this is in procedural economic Way in the thermoforming tool by means of a punching tool or outside the thermoforming tool in a jig by means of a three-dimensional feasible Cutting laser cut.
  • the trimming results on the one hand, a tub-like shell part 3, the main bulge arises and is open in the longitudinal direction.
  • the shell part 3 is rectangular in a plan view. It However, for example, in one or both directions of Longitudinal extension of the shell part 3 as a uniform Trapezoid be designed. Close to the shell part 3 in the same plane lying half-pin 4, which from the Side curvatures result.
  • the half-stubs 4 are in Extension direction open and in each case as a half circular cylinder educated.
  • the geometry of the rectilinear parallel But lower edges 5 of the half-4 can also be completely different. For example, these can be curved or be formed rectilinearly converging to each other.
  • the half-pin 4 has the shape of a half-cone.
  • the half-stubs 4 open into the one of the curvature formed cavity 6 of the shell part 3.
  • the Sheet metal strip 7 of the shell part 3 and the half-socket 4 are but connected together, but also from each other be separated.
  • the metal strips 7 over the entire surface in the same level as the lower edges 5 of the half-pieces 4 and the lower edges 8 of the shell part 3 must be located.
  • the Sheet metal strip 7 must for the success of subsequent joining operations in any case starting from this level, with deviations from the above education at the same time the re the central longitudinal axis 2 opposite each other Sheet metal strip 7 must be formed form negative to each other. This is advantageous in that in the subsequent Bending the sheet metal strips 7 positively into one another grip, thus providing a better grip for the joining operation and ensures improved durability of the joint seam.
  • the metal strips 7 serve here as Fügeflansche.
  • axis 10 is the radius of the formed by bending circular cylindrical main pipe 11 from the central longitudinal axis 2 offset down. The bending takes place, until the one another on both sides 13,14 of the shell part. 3 corresponding Fügeflansche 7 over the entire surface together.
  • the lower edges 8 of the shell part come for themselves 3 on the one hand and the lower edges 5 of the half-4 on the other hand lie on one another, whereby from the shell part 3, said main pipe 11 and the half-stub 4 of Branch pipe 12 is formed, which together in turn the Form branch pipe 1.
  • the metal strips 7 are formed in the present example so that the end 16 of the half-strip 4 running along the metal strip 7 is withdrawn with respect to the opening edge 17 of the half-piece 4.
  • the branch pipe 1 can be easily plugged together with the input flange of the cylinder head and optionally welded to the flange, while the main pipe 11 can be connected to another pipe of an exhaust manifold in the sliding seat.
  • the branch pipe 1 can be plugged and welded as an inner part with the corresponding nozzle of the outer shell.
  • the solution according to the invention is not limited to the formation of a single branch pipe 12.
  • These can be formed with respect to shape and length depending on the requirements of the spatial and / or fluidic conditions with each other the same or different.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Abzweigrohres zur Verwendung im Abgasstrang einer Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Abzweigrohre werden gemeinhin aus miteinander verschweißten tiefgezogenen Halbschalen, einstückig aus Guss oder mittels Innenhochdruckumformen aus einem geradlinigen oder gebogenen Rohr hergestellt. Die erste Herstellungsweise erfordert einen erhöhten Handlingsaufwand, um die beiden Halbschalen zusammenzufügen. Außerdem sind zwei Formwerkzeuge erforderlich, wodurch die Fertigungstoleranzen der Einzelteile für den Fügevorgang entsprechend hoch sind, was diesen erschwert. Die Ausführung in Guss ist zwar vom Handling her erheblich leichter, jedoch ist zum einen ein Abzweigrohr aus Guss relativ schwer und zum anderen die Gestaltungsvielfalt des Abzweiges des zu erzeugenden Rohres hinsichtlich der Wandstärke erheblich eingeschränkt, da mit der Gusstechnik sehr dünne Wandungen prozesssicher nicht ausbildbar sind. Die Innenhochdruckumformtechnik erbringt hierzu zwar mehr Möglichkeiten, ihr sind jedoch auch Grenzen gesetzt, insbesondere was die Länge des Abzweiges.anbetrifft. Des weiteren ist es - wenn es überhaupt möglich ist - aufgrund der verfahrensspezifischen Materialausdünnungen nur sehr schwierig und aufwendig, aus dünnwandigen Rohren Abzweige prozesssicher auszuformen.
Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der EP 0 780 173 A2 bekannt. Hierbei wird zur Herstellung einer Krümmer-Rohrabzweigung einer Kraftfahrzeugabgasanlage ein Blechcoil- oder Platine-Rohteil in einem Folgeverbundwerkzeug tiefgezogen und beschnitten, wodurch ein Rohrteil-Halbzeug ausgebildet wird, welches der abgewickelten Form des Rohrteil-Endzeuges entspricht. Das Rohrteil-Halbzeug wird dann vorgebogen und gewickelt. Das fertiggebogene Wickelteil wird in seinem zusammengebogenen mittleren Berührungsbereich gasdicht verschweißt.
Des weiteren ist aus der US-A-2 262 627 die Herstellung eines Abgaskrümmers einer Kraftfahrzeugabgasanlage entnehmbar, wobei zwei tiefgezogene mit Abzweigen versehene Halbschalen aufeinandergelegt und an den Flanschen, die vom Rand der Schalen abstehen durch Punktschweißen miteinander zu einem Abgaskrümmer verbunden werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren aufzuzeigen, mittels dessen in einfacher Weise die prozesssichere Herstellung eines Abzweigrohres zur Verwendung im Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs mit nahezu beliebiger Gestaltung des Abzweiges ermöglicht wird.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Aufgrund der einstückigen Ausbildung des Abzweigrohres ist das Handling für die Herstellung vereinfacht. Der Gesamtprozess der Herstellung zusammengesetzt aus Pressen, Schneiden, Biegen, Fügen ist ohne weiteres automatisierbar. Fertigungstoleranzen fallen für eine prozesssichere Herstellung praktisch nicht ins Gewicht. Dadurch, dass die Formgebung des Stutzens mittels Tiefziehen erfolgt, ist die Gestaltungsfreiheit für den Stutzen nach Form und Länge nahezu beliebig groß. Des weiteren kann auch die Wanddicke des Rohres stark reduziert werden, ohne dass die Prozesssicherheit davon beeinträchtigt werden würde. Dies ist zum einen günstig für den Leichtbau und zum anderen bei der Verwendung des Abzweigrohres im Abgasstrang eines Kraftfahrzeuges vorteilhaft für ein möglichst schnelles Anspringen des Katalysators, da die dünne Wandung nur eine geringe Wärmekapazität aufweist und somit relativ wenig Wärme dem Abgasstrom entzieht. Durch die Gestaltungsfreiheit ist die Ausbildung stark gekrümmter Abzweige möglich, wodurch in Verwendung beim Zusammenbau eines Abgaskrümmers dieser besser dem Bauraum des Motorraumes angepasst werden kann. Hinzu kommt, dass die Länge der Abzweige so dimensioniert werden können, dass kein Verbindungsrohr zum Eingangsflansch am Zylinderkopf mehr erforderlich ist. Weiterhin liegt die Fügenaht so, dass sie von dem heißen Abgas nicht direkt angeströmt wird, womit eine erhebliche Steigerung der Haltbarkeit des Abgaskrümmers einhergeht. Aufgrund der Lage der Fügenaht kann zumindest bei der Anwendung im Abgasstrang die Naht unterbrochen sein, da die Gasdichtheit aufgrund der sich im Schiebesitz mit Spiel anschließenden weiteren Abgasrohre ohnehin nicht vollständig gegeben ist, was die Herstellungsprozesszeiten minimiert und damit die Herstellung kostengünstiger macht.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können dem Unteranspruch entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles nachfolgend näher erläutert; dabei zeigt:
  • Fig. 1 in einer perspektivischen Draufsicht eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren tiefgezogene und beschnittene Platine,
  • Fig. 2 in einer perspektivischen Draufsicht ein aus der Platine von Fig. 1 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gebogenes und gefügtes Abzweigrohr.
    • In Fig. 1 ist eine Zwischenstufe eines Verfahrens zur Herstellung eines Abzweigrohres 1 dargestellt. Zu diesem wird anfangs eine Platine oder ein Blechabschnitt aus einem Coil verwendet, welche einem Tiefziehvorgang unterworfen wird. Durch das Tiefziehen werden aus der Platine eine längliche geradlinige Hauptwölbung und zwei Seitenwölbungen ausgeformt, welche letztere von jeweils einer Längsseite der Hauptwölbung abzweigen und bezüglich der im Platinenmaterial verlaufenden Mittenlängsachse 2 der Hauptwölbung einander gegenüberliegen. Die Seitenwölbungen sind hinsichtlich der Form ihrer Basislinie spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet. Die Basislinie bezeichnet dabei den Verlauf des Öffnungsrandes der Seitenwölbungen. Obwohl im gezeigten Ausführungsbeispiel die Seitenwölbungen der Form und Bemaßung nach - abgesehen von ihrer spiegelsymmetrischen Anordnung - völlig gleich sind, können die Seitenwölbungen auch je nach Wunsch des herzustellenden Abzweiges unterschiedlich tief sein.
    Nach der Ausformung die Platine wird diese in verfahrensökonomischer Weise im Tiefziehwerkzeug mittels eines Stanzwerkzeuges oder außerhalb des Tiefziehwerkzeuges in einer Einspannvorrichtung mittels eines dreidimensional führbaren Schneidlasers beschnitten. Durch den Beschnitt ergibt sich zum einen ein wannenartiges Schalenteil 3, das aus der Hauptwölbung entsteht und in Längsrichtung offen ist. Das Schalenteil 3 ist in einer Draufsicht rechteckig ausgebildet. Es kann jedoch beispielsweise in eine oder beide Richtungen der Längserstreckung des Schalenteils 3 auch als gleichmäßiges Trapez ausgestaltet sein. An das Schalenteil 3 schließen sich in der gleichen Ebene liegende Halbstutzen 4 an, die aus den Seitenwölbungen resultieren. Die Halbstutzen 4 sind in Erstreckungsrichtung offen und jeweils als halber Kreiszylinder ausgebildet. Die Geometrie der geradlinig parallel verlaufenden Unterkanten 5 der Halbstutzen 4 kann jedoch auch völlig anders sein. So können diese beispielsweise gekrümmt oder geradlinig zueinander konvergierend ausgebildet sein. In letztem Falle besitzt der Halbstutzen 4 die Form eines Halbkonus. Die Halbstutzen 4 münden quasi in den von der Wölbung gebildeten Hohlraum 6 des Schalenteils 3. Des weiteren sind an dem Schalenteil 3 und den Halbstutzen 4 Blechstreifen 7 ausgeformt, die sich in der gleichen Ebene wie die Unterkanten 5 der Halbstutzen 4 und der Unterkanten 8 des Schalenteils 3 liegend außen an den seitlichen Rändern 9 des Schalenteils 3 und der Halbstutzen 4 entlangerstrecken. Die Blechstreifen 7 des Schalenteils 3 und der Halbstutzen 4 sind miteinander einstückig verbunden, können jedoch auch voneinander getrennt sein. Es ist auch kein zwangsläufiges Erfordernis, dass sich die Blechstreifen 7 vollflächig in der gleichen Ebene wie die Unterkanten 5 der Halbstutzen 4 und der Unterkanten 8 des Schalenteils 3 befinden müssen. Der Blechstreifen 7 muss für das Gelingen späterer Fügeoperationen auf jeden Fall von dieser Ebene ausgehen, wobei bei Abweichungen von oben genannten Ausbildung gleichzeitig die bezüglich der Mittenlängsachse 2 einander gegenüber liegenden Blechstreifen 7 formnegativ zueinander ausgebildet sein müssen. Dies ist dahingehend vorteilhaft, dass beim anschließenden Biegevorgang die Blechstreifen 7 formschlüssig ineinander greifen, was somit einen besseren Halt für die Fügeoperation und eine verbesserte Haltbarkeit der Fügenaht gewährleistet. Die Blechstreifen 7 dienen hierbei als Fügeflansche.
    Anschließend wird in einem separaten Werkzeug über einen Biegedorn das Schalenteil 3 um eine zur Mittenlängsachse 2 parallele Raumachse 10 gebogen, einer Achse, die in einer das Schalenteil 3 entlang der Mittenlängsachse 2 in Normalenrichtung durchstoßenden Ebene liegt und von der Mittenlängsachse 2 beabstandet ist (Fig. 2). Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist liegt die Achse 10 um den Radius des durch das Biegen gebildeten kreiszylindrischen Hauptrohres 11 von der Mittenlängsachse 2 nach unten versetzt. Das Biegen erfolgt solange, bis die einander auf beiden Seiten 13,14 des Schalenteils 3 entsprechenden Fügeflansche 7 vollflächig aneinander liegen. Dabei kommen jeweils für sich die Unterkanten 8 des Schalenteils 3 einerseits und die Unterkanten 5 der Halbstutzen 4 andererseits aufeinander zu liegen, wodurch aus dem Schalenteil 3 das besagte Hauptrohr 11 und aus den Halbstutzen 4 der Abzweigstutzen 12 gebildet wird, die gemeinsam ihrerseits das Abzweigrohr 1 bilden.
    Schließlich werden in einem letzten Herstellungsschritt die Fügeflansche 7 miteinander verbunden. Durch die Ausbildung von Flanschen 7 wird erst das Durchsetzfügen möglich gemacht, was die Haltbarkeit der Fügenaht 15 erheblich begünstigt und bei wärmeempfindlichen Materialien von Vorteil ist.
    Die Blechstreifen 7 sind im vorliegenden Beispiel so ausgebildet, dass das Ende 16 des am Halbstutzen 4 entlanglaufenden Blechstreifens 7 bezüglich des Öffnungsrandes 17 des Halbstutzens 4 zurückgezogen liegt. Gleiches gilt auch für ein Ende 18 des Schalenteils 3. Hierbei wird gewährleistet, dass das Abzweigrohr 1 ungehindert einfache Steckverbindungen mit weiteren Rohren oder Anschlüssen eingehen kann. Beispielsweise im Abgasstrang kann der Abzweigstutzen 12 in einfacher Weise mit dem Eingangsflansch des Zylinderkopfes zusammengesteckt und gegebenenfalls mit dem Flansch verschweißt werden, während das Hauptrohr 11 mit einem weiteren Rohr eines Abgaskrümmers im Schiebesitz verbunden werden kann. Zur Bildung eines luftspaltisolierten Abgaskrümmers kann das Abzweigrohr 1 als Innenteil mit den entsprechenden Stutzen der Außenschale steckverbunden und verschweißt werden.
    Die erfindungsgemäße Lösung ist im übrigen nicht auf die Ausbildung eines einzigen Abzweigstutzens 12 beschränkt. Bei längeren Schalenteilen 3 ist im Tiefziehprozess durchaus die Ausformung mehrerer Seitenwölbungen bzw. Halbstutzen 4 möglich, die dann nach Abschluss des Herstellungsverfahrens Abzweigstutzen 12 bilden. Diese können bezüglich Form und Länge je nach Anforderung an die räumlichen und/oder strömungstechnischen Gegebenheiten untereinander gleich oder verschieden ausgebildet sein.

    Claims (2)

    1. Verfahren zur Herstellung eines Abzweigrohres (1) zur Verwendung im Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei
      aus einer Platine durch Tiefziehen eine längliche geradlinige Hauptwölbung und zumindest zwei von den Längsseiten der Hauptwölbung abzweigende bezüglich der im Platinenmaterial verlaufenden Mittenlängsachse (2) der Hauptwölbung einander gegenüberliegende Seitenwölbungen spiegelsymmetrisch angeordneter Basislinie ausgeformt werden,
      nach der Ausformung die Platine derart beschnitten wird, dass sich aus der Hauptwölbung ein wannenartiges in Längsrichtung offenes Schalenteil (3) und aus den Seitenwölbungen an das Schalenteil (3) anschließende, in der gleichen Ebene wie das Schalenteil (3) liegende und in Erstreckungsrichtung offene Halbstutzen (4) ausbilden, und dass sich außen an den seitlichen Rändern (9) des Schalenteils (3) und der Halbstutzen (4) als Fügeflansche dienende Blechstreifen (7) entlangerstrecken,
      anschließend das Schalenteil (3) um eine zur Mittenlängsachse (2) parallele Raumachse gebogen wird, bis die einander auf beiden Seiten (13,14) des Schalenteils (3) entsprechenden Fügeflansche (7) aneinander liegen,
      danach die Fügeflansche (7) miteinander verbunden werden,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Fügeflansche (7) durch Durchsetzfügen miteinander verbunden werden.
    2. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass das Ende (16) des am Halbstutzen (4) entlanglaufenden Blechstreifens (7) bezüglich des öffnungsrandes (17) des Halbstutzens (4) zurückgezogen liegt.
    EP02779363A 2001-10-06 2002-09-17 Verfahren zur herstellung eines abzweigrohres Expired - Lifetime EP1434659B1 (de)

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    DE10149381A DE10149381A1 (de) 2001-10-06 2001-10-06 Verfahren zur Herstellung eines Abzweigrohres
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    Publications (2)

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    US (1) US20050028366A1 (de)
    EP (1) EP1434659B1 (de)
    JP (1) JP2005508253A (de)
    KR (1) KR100598228B1 (de)
    AT (1) ATE291502T1 (de)
    DE (2) DE10149381A1 (de)
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