WO2012136355A1 - Abgas führende vorrichtung und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

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shell
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Alfred BLÜML
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Faurecia Emissions Control Technologies, Germany Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to an exhaust gas leading device of a vehicle having a cylindrical outer housing. Moreover, the invention also relates to a method for producing such a device.
  • various devices are present in the exhaust system, which are arranged between exhaust pipe sections, such as catalysts, particulate filters, mufflers or housings in which so-called thermoelectric generators (TEG modules) are housed and with which electrical energy is obtained by a temperature difference. All these devices are prefabricated units that are installed in the exhaust system of a vehicle and as a commonality between their inlet and outlet form a container in which internals are housed (exhaust gas-cleaning depositors, muffler installations, TEG modules, etc.).
  • the cylindrical outer housing of such devices can be manufactured in different ways.
  • the so-called inserter through which the exhaust gas flows and which is usually made of ceramic, is wrapped with a metal sheet in such a way that the insert is clamped and positioned in the housing via an interposed bearing mat.
  • outer housing of two cross-sectionally U-shaped trays which clamp between them depositor and bearing mat and are moved together when closing the outer housing so far that their longitudinal edges overlap and the longitudinal edges are then welded or soldered.
  • DE 10 2004 042 078 A1 describes a method for producing a housing for an exhaust gas-conducting device, in which the outer housing consists of three or more sheet-metal strips which partially overlap and are interconnected in the overlapping area.
  • the cross-sectional shape of the housing is not circular cylindrical, but has stronger and less strongly curved sections. In the less curved sections are the overlapping areas.
  • the object of the invention is to provide a device having an easily manufacturable outer housing, which can be produced inexpensively and is lightweight. Furthermore, an improved method for producing a device is to be specified.
  • the exhaust gas-conducting device for vehicles has a cylindrical outer housing which consists of an outer shell and an inner shell arranged in the interior.
  • the outer shell forms a larger portion of the outer circumference of the outer housing than the inner shell or, alternatively, a same sized portion of the outer periphery as the inner shell.
  • the radial outer side of the inner shell is attached to the outer shell, in particular by material connection.
  • the outer shell is seen in cross-section C-shaped or closed circular.
  • the outer and inner shell are separate parts that will be joined together later.
  • the device according to the invention is also characterized by a very uniform loading of the outer housing and a uniform clamping of internal parts, because the outer shell mainly takes the burden, and this outer shell forms almost the entire outer circumference of the housing, since they are C-shaped in cross section or even annularly closed and surrounds the inner parts.
  • This is an essential difference to the previous shell solutions, in which the individual shells have a U-shaped cross-section, so no inward, facing each other longitudinal edges.
  • the two separate shells (ie, separate parts) that form the outer housing in the invention are also easier to connect than three or more shells as in the prior art Technology.
  • the inner shell lies, so to speak, in the area of the outer shell in which it is closed, and secures this area.
  • the longitudinal edges of the outer shell are mutually overlapping.
  • the device according to the invention thus according to this embodiment has no outer housing which is wound and in which the longitudinal edges overlap. Namely, this winding can cause the inner longitudinal edge, which migrates strongly during winding, to exert shear forces on the part lying further on the inside, for example on the bearing mat.
  • the relative movement can be distributed on two sides, namely in the region of the two longitudinal edges of the inner shell.
  • the shells are preferably continuously curved in cross-section, that is, there is no abrupt heel or the like, as is often the case with U-shaped shells in the region of the longitudinal edges in the prior art. This reduces the manufacturing costs and ensures a uniform flexibility of the outer housing, because heels or the like stiffen the housing areawise.
  • the outer and the inner shell are preferably made of a metal sheet.
  • the curvature of the outer shell and the inner shell should be matched to one another in the overlapping area, so that the inner shell bears against the outer shell over its full area with its radial outer side.
  • the longitudinal edges of the outer shell are circumferentially spaced from each other, and the resulting gap between the longitudinal edges is closed radially inwardly by the inner shell.
  • the inner shell thus has in the preferred embodiment, in terms of power, mainly the task of closing this gap in the outer shell, which should be very small.
  • the presence of the gap has the following important advantage. If the outer housing is to clamp an inner part or should fit tightly against it, there is always the problem that the inner part (for example the insert of a catalytic converter or a particle filter) is provided with cross-sectional tolerances.
  • the outer shell By customizing the outer casing, matched to the straight to By installing a force on the outer shell during the production of the outer housing, the outer shell can be pressed and adjusted individually close to the inner part, so that an optimal cross-sectional shape of the outer housing is created.
  • the gap precludes the possibility of the longitudinal edges abutting each other in the case of parts which are small in cross-section, so that the outer housing can not be made small enough.
  • a tolerance compensation is made possible over the gap.
  • it is conceivable to set the tolerances so that for the smallest tolerable inner part of the longitudinal edges just abut each other.
  • it is preferred that a gap in the outer housing is provided even for the smallest part.
  • the inner shell may be made to contribute significantly less to the stability of the outer shell than the outer shell, thereby reducing the weight and manufacturing cost of the inner shell.
  • the inner shell may, viewed in cross section, have a smaller circumferential length than the outer shell, preferably by at least a factor of 0.6. As a result, material can be saved considerably.
  • an inner shell can be used, which has a similar large or even greater circumferential length as the outer shell.
  • the inner shell may be C-shaped in cross-section, so also have further drawn inward longitudinal edges, as is the case with a U-shape.
  • the gap between the longitudinal edges of the inner shell should be aligned opposite to the longitudinal edges of the outer shell, in particular to the advantageous gap between the longitudinal edges of the outer shell. In a circular cylindrical outer housing, this can be defined by the fact that the gap between the longitudinal edges of the inner shell is diametrically opposite to the longitudinal edges of the outer shell, in particular to the gap on the outer shell. This is to make the flexibility of the outer case even.
  • the outer shell should be thicker than the inner shell, in particular at least by a factor of 1, 3. This saves material and weight. About that In addition, it is avoided that the outer housing in the overlapping region of the shells is significantly less elastic than otherwise, not overlapping area.
  • the outer shell can have a maximum thickness of 1.0 mm, in particular a maximum of 0.8 mm, and / or the inner shell can have a maximum thickness of 0.4 mm. These thicknesses are significantly lower than in the prior art, which is used for example in winding housings with wall thicknesses of 1, 2 to 1, 5 mm.
  • the outer shell has a maximum thickness of 0.4, in particular 0.3 mm and the inner shell is only a maximum of 0.2 mm thick.
  • the small thickness straight of the inner shell not only has weight advantages, but also ensures that in the region of the longitudinal edges of the inner shell only a small thickness jump in the outer housing is present.
  • the end faces defining the longitudinal edges thus hardly protrude inwards as an interference contour or disruptive edge for the adjacent part, for example for the bearing mat, so that hardly any shearing forces are exerted on the adjacent part when the outer housing is closed. Due to the small thickness, the longitudinal edges can hardly catch on the bearing mat, but slide along it.
  • the small thickness of the inner and outer shell also means that the stress distribution in the outer casing is very uniform, namely this is more flexible than in the prior art and adapts optimally to the tolerance-related different geometries of the inner parts, for example the insert , This also means that the clamping force is distributed very evenly on the inner part.
  • the small thickness of the outer housing also means that the so-called Canning process during manufacture of the outer housing is faster and that no large springback forces occur, which is to be mastered in the prior art.
  • These spring-back forces mean that after opening the tool, which exerts a contact force on the outer housing during its closing operation, the outer housing springs back, assumes a different geometry and the clamping forces in the more resilient section are reduced more.
  • a further embodiment of the invention provides that the outer shell consists of a different material than the inner shell.
  • additional costs can be saved by, for example, the inner shell consists of a less high-quality material than the outer shell.
  • the outer shell should form at least 90% of the outer circumference of the housing.
  • the stability of the outer housing in the region of the longitudinal edges can be increased and the production can be simplified if at least one of the longitudinal edges of the outer shell has at least one extension in the circumferential direction, which engages in a recess on the opposite extension.
  • Extension and recess can be designed in particular complementary.
  • the longitudinal edges are hooked positively in the axial direction, which reduces the burden on the cohesive connection.
  • the preferred embodiment provides that both longitudinal edges can be crenellated, so that the battlements of one longitudinal edge engage in complementary recesses between battlements of the other longitudinal edge.
  • the top of the pinnacles should not contact the "bottoms" of the adjacent recesses, however, there may be contact in the axial direction on the side surfaces of the adjacent pinnacles and recesses.
  • the longitudinal edges of the outer shell should be soldered to each other and / or with the inner shell, wherein preferably additionally the outer shell in the region of the longitudinal edges with the inner shell is spot-welded.
  • the inner shell can form a bridge between the longitudinal edges, which is why the longitudinal edges of the outer shell are each soldered to the inner shell. If the gap between the longitudinal edges is very small, this gap can also be completely closed with solder, so that this solder also connects the longitudinal edges of the outer shell. It would be possible that the gap is completely filled with solder.
  • solder is also provided between the inside of the outer shell in the region of its longitudinal edges and the outer side of the inner shell in this area, so that aigeflambaigerer, soldered area is formed. If the inner shell overlaps the outer shell very far, it would be conceivable to apply solder only to the inner shell. Provide side near the longitudinal edges of the outer shell, so that not the entire overlap region of the shells is connected to solder.
  • the device according to the invention contains an insert for cleaning the exhaust gas (catalyst or particle filter), forms a silencer and / or contains TEG modules.
  • the device is a prefabricated container having inside it internals through which either the exhaust gas is treated or is converted by the energy from the exhaust gas (sound or heat energy).
  • Another embodiment of the invention provides no prefabrication of the device and also no internals containing container.
  • the device is rather a pipe connection for two adjacent pipe socket.
  • the outer and inner shell surround the two adjacent pipe sockets and couple fluidly with each other.
  • the shells are preferably firmly bonded to the pipe socket. Since the pipe sockets do not always have exact external dimensions and geometries, can be achieved by the two compressible shells always an optimal, gap-free adjustment to the nozzle.
  • the device according to the invention can also be composed of two shells exhaust pipe of an internal combustion engine.
  • the exhaust pipe is thus lighter overall, because its wall thickness can be lower than in previous exhaust pipes.
  • the outer shell substantially completely covers the inner shell in the axial direction.
  • the inventive method for producing an exhaust gas leading device provides the following steps: a) positioning an outer shell and an inner shell to each other so that the outer shell C-shaped around the inner shell and the
  • Inner shell extends on the inside from a longitudinal edge to the opposite longitudinal edge of the outer shell, and b) cohesive bonding of the outer and inner shell together in the region of the longitudinal edges of the outer shell.
  • the two shells should be smoothly curved continuously, seen in relation to the cross section.
  • the outer and inner shell are not wound, that is, they extend less than 360 ° in cross section.
  • the outer and the inner shell are soldered together, in particular in the so-called continuous process, by being moved through a continuous furnace in which the solder is liquefied.
  • the outer and the inner shell can be moved in the axial direction first through a first tunnel member, then through the continuous furnace and finally through a second tunnel member.
  • the tunnel components By means of the tunnel components, the trays can be easily calibrated and at the same time transported to the continuous furnace and away from the continuous furnace.
  • a stabilizing mandrel is additionally provided, which defines a ring space with a tunnel opening of the second tunnel component, through which the shells are moved.
  • a very effective method of production provides that a solder is applied to the outer shell on the inside in the area of the longitudinal edges and / or on the outside of the inner shell (for example by screen printing), which has hardened before the shells are positioned relative to one another.
  • step b) then at least one of the shells is heated so that the solder is liquid and the shells are soldered together.
  • one or more solder foils could also be fastened on one or both opposite sides of the shell, for example by spot welding. The films then melt when exposed to heat.
  • the shells can be soldered to the stiffening over the entire surface or distributed over their contact surfaces. Solder is printed on one or both shells, for example over the entire surface or in patterns such as stripes, grids, dots, etc. After heating, soldering is achieved over the entire area or in sections. Even if solder is printed in patterns, this can become a full-surface connection after heating.
  • the full-surface or section-wise solder connection takes place in particular in the region of points at which parts are fastened from the outside in order to stiffen the wall in this area.
  • the shells can be spot welded together before soldering.
  • the shells are positioned to each other and can be transported to another tool or another station.
  • the cycle times of the so-called Canning process for closing the outer housing are reduced from over 30 sec. To less than 7 sec.
  • the trays may be pre-curved when positioned in a tool having inwardly movable jaws. When these jaws are moved inward, at least the outer shell is further curved so that their longitudinal edges move towards each other.
  • the tool should then be at least a provisional fixation of the shells together, for example by spot welding.
  • the jaws are moved inwardly by a determined, individual adjustment path by a parameter determined individually for the device to be produced.
  • each device has an individually manufactured outer housing, tuned to parameters of the internal parts, for example, the cross-sectional geometry of the insert or the force applied when closing the jaws clamping force or the basis weight of the bearing mat.
  • FIG. 1 shows a longitudinal sectional view through an embodiment of the device according to the invention
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view through a first embodiment of the device according to the invention
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view through a second embodiment of the device according to the invention
  • FIG. 4 shows a radial view of the devices according to FIGS. 2 and 3 in the region of the longitudinal edges;
  • FIG. 5 shows a perspective cross-sectional view through a tool for producing the device according to the invention
  • FIG. 7 shows a longitudinal sectional view through a device according to the invention designed as a pipe connection
  • FIG. 8 shows a perspective view of the device according to FIG. 7,
  • FIG. 9 shows an end view of a device according to the invention designed as an exhaust pipe
  • FIG. 10 shows an end view of a device according to the invention designed as an exhaust pipe according to an alternative embodiment
  • FIG. 11 shows a schematic sketch illustrating a method according to the invention for producing devices according to FIGS. 9 and 10.
  • FIG. 1 a housed in a motor vehicle, exhaust-carrying device 10 is shown.
  • the device 10 may have an exhaust gas purification direction, that is an exhaust gas catalyst, a particulate filter, or a combination of both, or a muffler or a power-generating device with so-called TEG modules, which are exemplified and provided with the reference numeral 12.
  • the reference numeral 14 defines an elongated, cylindrical substrate made, for example, of a ceramic or a type of wound corrugated cardboard or other catalytic support or filter material, with or without coating.
  • the substrate 14 is surrounded by a bearing mat 16, which forms an elastic compensation element between the substrate 14 and an outer housing 18 made of sheet metal.
  • the bearing mat 16 is also present when other internal parts, such as TEG modules 12 are to be clamped on a support, or when sound-absorbing internals are surrounded by the outer housing 18 and clamped therein. Upstream and downstream, an inflow funnel 20 and an outflow funnel 22 are connected to the outer housing 18.
  • the device is a prefabricated container with internals, with an inlet and an outlet formed by the inlet of the inlet and outlet of the discharge funnels 20 and 22, respectively, and an intermediate section expanded in cross section to the inlet and outlet to form a cavity for receiving the internals.
  • the outer housing 18 is designed thin-walled and will be explained in more detail below.
  • FIG. 2 shows a cross section of the structure of the device according to the invention.
  • the outer housing 18 consists of two separate shells, namely an outer shell 24 and an inner shell 26.
  • the outer shell 24 has a substantially C-shaped cross section and surrounds the substrate 14. This means that the outer shell extends in cross section by more than 180 °, preferably more than 270 °.
  • the inner shell 26 is in the illustrated embodiment in cross section also C-shaped.
  • the shells 24 and 26 have longitudinal edges 28 and 30, which are each spaced from each other, so that a gap 32 and 34 results between the longitudinal edges 28 and 30 respectively. This means that the outer shell 24 overlaps in the region of its longitudinal edges 28 as little as the inner shell in the region of their longitudinal edges 30th
  • the outer shell 24 forms the essential part of the outer side of the outer housing in the circumferential direction, in particular it forms at least 90% of the outer circumference of the outer housing 18.
  • the inside, covered by the outer shell 24 portion of the inner shell 26 forms no portion of the outer periphery of the outer housing 18, but only the portion that closes the gap 32.
  • the gap 32 between the longitudinal edges 28 is closed radially inwardly by the inner shell 26.
  • the alignment of the outer and the inner shell 24 and 26 takes place such that the gaps 32, 34 are opposite to each other, in particular diametrically opposite each other.
  • the outer shell 24, like the inner shell 26, consists of a uniformly thin sheet metal.
  • the inner shell 26 can be made thinner than the outer shell 24.
  • the outer shell 24 should be thicker by the factor 1, 3 in particular than the inner shell 26.
  • the outer shell can have a thickness of not more than 1.0 mm, but in particular not more than 0.8 mm, preferably in particular not more than 0.4 mm, whereas the inner shell 26 has a maximum thickness of 0.4 mm, in particular of at most about 0.2 mm.
  • the outer shell 24 has in the embodiments shown, a thickness of even only about 0.3 mm and the inner shell 26 of 0.2 mm, so that in the overlapping region of the shells 24, 26 results in a total thickness of the outer housing 18 of 0.5 mm.
  • the outer and inner shell 24 and 26 are in the overlapping area over the entire surface to each other, which is particularly facilitated by the fact that the outer shell 24 has a small thickness and can adapt to the contour of the inner parts during bending.
  • the inner shell 26 in turn is highly flexible due to its even smaller thickness and adapts perfectly to the contour of the inner, adjacent parts, here of the substrate 14 and the overlying bearing mat 16.
  • the outer shell 24 may be made of a different material than the inner shell 26, in particular of a higher quality, for example, corrosion-resistant material.
  • the two shells 24, 26 are connected cohesively to each other in the region of the longitudinal edges 28.
  • the shells 24, 26 in the region of the inside of the outer shell 24 near the longitudinal edges 28 are soldered together.
  • the solder extends according to the preferred embodiment about a maximum of 10 to 20 mm from the respective longitudinal edge 28 along the circumference in the respective overlap region.
  • Lot 36 should also fill the gap 32, preferably completely fill, so that there is no groove in which moisture could accumulate. At least solder 36 should cover the end faces in the region of the longitudinal edges 28 completely, as well as the outside of the inner shell 26 in the region of the gap 32 so that no attack surface for corrosion and no gap between the outer and inner shell 24, 26 are present.
  • the shells 24, 26 are spot welded near the longitudinal edges 28 at some axially consecutive locations.
  • the welds bear the reference numeral 38.
  • This spot welding serves only to pre-fix the shells 24, 26 before they are brazed together over their entire longitudinal extent in the region of the gap 32.
  • the gap 32 could be zero, for example, if the tolerances in the production are chosen to be such that an upper limit of the peripheral length of the outer shell by an investment of the longitudinal edges is defined to each other. It would also be conceivable that the longitudinal edges 28 of the outer shell 24 overlap.
  • the shells 24, 26 may be soldered to each other over the entire surface or distributed over their contact surfaces for stiffening. Lot is printed on one or both shells 24, 26, e.g. over the entire surface or in patterns such as stripes, grids, dots, etc. After heating, there is a full-surface or partial solder joint.
  • the full-surface or section-wise solder connection takes place in particular in the region of points at which parts are fastened from the outside in order to stiffen the wall in this area.
  • a fastening part 100 is soldered to the outer shell 24. At least over a large area in the area around these solder joints around the shells 24, 26 are soldered together to stiffen the wall where the forces acting through the fastener 100 forces are absorbed. If e.g. an opening in the wall is required (e.g., for a sensor), so holes are provided in both shells 24, 26. At the edge of the hole, the shells 24, 26 are soldered together to increase the rigidity and optionally to achieve a gas-tightness.
  • FIG. 2 shows a circular cylindrical device.
  • the invention is not limited to such a device, but also refers to other, substantially round or even substantially angular, provided with rounded edges geometries of outer casings 18th
  • Figure 3 shows a device with an internal component, for example a silencer inner part, a substrate 14 or other structures, for example with TEG modules 12.
  • an internal component for example a silencer inner part
  • a substrate 14 or other structures for example with TEG modules 12.
  • a bearing mat 16 around the inner part wound.
  • the outer housing 18 again consists of only two shells, namely the outer shell 24 and the separate inner shell 26. Again, the outer shell 24 extends C-shaped almost completely around the inner parts.
  • the inner shell 26 does not extend in a C-shaped manner along the inner side of the outer shell 24 V- or U-shaped extends only over a relatively limited angular range in the region of the gap 32 in order to close the outer housing 18 in the gap region.
  • a similar design of the inner shell 26 may be present as in FIG. 2, namely that the inner shell 26 extends C-shaped around almost the entire inner parts.
  • the advantage of the embodiment of Figure 3 is that the cost of materials for the inner shell 26 is lower than in the previous embodiment.
  • the wall thickness of the outer housing 18 is more uniform due to the almost over 360 ° extending overlap of the shells 24, 26 as shown in FIG.
  • the longitudinal edges 28 may be linear or interlocked, as Figure 4 shows.
  • FIG. 4 shows a crenellated design of the longitudinal edges 28, with extensions 40 running in the circumferential direction, which engage in recesses 42 between the extensions 40 of the opposite longitudinal edge 28.
  • FIG. 5 shows the tool with which the device according to the invention is produced.
  • the tool has a plurality of circular segment-shaped jaws 44 that can be moved inward.
  • the inner sides 46 of the jaws 44 are adapted to the later shape of the outer housing 18 in the corresponding area.
  • the jaws 44 can be moved inward to different extents (see arrows), depending on individual parameters for the device to be manufactured, such as the clamping force exerted on the internal parts or the geometry of the substrate 14 or the basis weight the built-up bearing mat 16 depends, the jaws 44 are moved individually further or less far inward. That is, the adjustment path for the jaws 44 is preferably individualized for each device. Examples of such tailor-made production are explained in WO 2007/1 5667 A1, to which reference is made in this regard.
  • the tool may alternatively also be designed as described in DE 10 2006 049 238 A1. The production method for the device according to the invention will now be described with reference to FIG. 6.
  • the two separate shells 24, 26 are first preformed transversely to their longitudinal direction, that is, they have not yet seen their final shape in cross section, but are curved (Figure 6a).
  • Figure 6b the outer and inner shell 24, 26 and pushed into this the inner parts.
  • the inner shell 26 is also positioned so that its longitudinal edges 30 lie on the inside of the outer shell 24.
  • solder 36 in particular brazing material, is applied on the inside to outer shell 24 and / or the outside of inner shell 26 and cured, for example by printing (FIG. 6 a).
  • the jaws 44 are then moved inwardly so that the outer shell 24 is narrowed and the longitudinal edges 28 move towards each other.
  • the inner shell 26 is deformed ( Figures 6b and 6c).
  • adjacent jaws 44 can have corresponding recesses 48 for insertion of a welding electrode 50 (FIG. 6c).
  • the prefabricated device is moved out of the tool through a continuous furnace 52 ( Figure 6e) where it is heated until the solder 36 melts.
  • a continuous furnace 52 Figure 6e
  • solder from the outside in the region of the gap 32 (FIG. 6d).
  • the two shells 24, 26 are thus materially connected.
  • a heat source 54 in the continuous furnace 52 is also shown in FIGS. 6d and 6e.
  • the outer and inner shells 24 and 26 are positioned around the internals and then joined together.
  • the device is a pipe connection of two mutually spaced exhaust pipes which terminate in pipe stubs 60, 62. Inside the device no internals are provided, moreover, there is no large jump in the cross section.
  • the outer and inner shells 24, 26 may be formed as described in the previous embodiments.
  • both shells 24, 26 are C-shaped in cross-section, the slots of the two "C's” being diametrically opposite to each other, the shells 24, 26 are placed on the sockets 60, 62 from the outside and pressed radially inward, so that they rest against the outer surface of the sockets 60, 62, surround the pipe sockets 60, 62 and couple them together in terms of flow, the radially inwardly directed force can be applied as shown in FIG.
  • the opposite longitudinal edges of the shells 24 and / or 26 could also have interlocking projections, as previously explained.
  • the shells 24, 26 are then joined together materially at the gap of the outer shell 24. Furthermore, the shells 24, 26 can also be materially connected to one or both stubs 60, 62, e.g. by soldering or welding. In order not to allow any exhaust gas to escape, it is also possible for circumferential soldered or welded connections between the shells 24, 26 and the connecting pieces 60, 62 to be provided.
  • the brazing of the shells 24, 26 may be e.g. be effected in that on the inside of the outer shell 24 and / or the outer side of the inner shell 26 each have a brazing foil is fixed by spot welding. The films melt when exposed to heat and connect the shells 24, 26th
  • FIG. 9 shows an exhaust pipe of an internal combustion engine, which is composed of two separate shells 24, 26. According to the preferred embodiment, there is no gap between the longitudinal edges 30 of the inner shell 26 or only a small gap such that it passes through the solder 36 or the weld is completely closed. Alternatively or additionally, no gap between the longitudinal edges 28 of the outer shell 24 is present.
  • Both shells 24, 26 should have no overlapping edges in them. Also in this embodiment, it is advantageous to attach attachments similar to the attachment part 100 in connection with Figure 1.
  • solder 36 can be applied in a variety of ways: liquid, by printing, by attaching Lotfolien etc.
  • the outer shell 24 forms a larger portion of the outer circumference than the inner shell 26.
  • the outer shell 24 could also be the same size as the outer circumference of the inner shell 26.
  • FIG. 10 shows a device 10 embodied as an exhaust pipe, although according to an alternative embodiment variant.
  • an air gap 64 is provided between the two separate shells 24, 26, which may have a positive effect in terms of thermal insulation and sound insulation.
  • a desired radial dimension of the air gap 64 can be set via a radial dimension of the solder 36 and / or other spacers which can be molded or fastened to the shells 24, 26.
  • the shells 24, 26 are not connected to the entire surface by solder 36, but only by solder strips 66 spaced apart in the circumferential direction.
  • the inner shell 26 is in each case in the region of the longitudinal edges 28 of the outer shell 24 as well as in the region of the longitudinal edges 30 LotstMail 66 provided to close an existing gap between the longitudinal edges 28 and 30, in particular to close gas-tight. Outside the gap areas of the outer and inner shell 24, 26, more solder strips 66 may be present to the rigidity of the clam shell Increase exhaust pipe.
  • two further solder strips 66 are provided in FIG. 10, which adjoin both the entire surface of the inner shell 26 and the outer shell 24 in the circumferential direction and essentially serve to reinforce the pipe.
  • FIGS. 9 and 10 A possibility for the production of devices 10 according to FIGS. 9 and 10 is shown in FIG. Initially, the two separate, curved shells 24, 26 are prefabricated and preferably cut to a predetermined axial length.
  • solder 36 is applied and fixed in sections or completely on at least one of the shells 24, 26.
  • the shells 24, 26 are positioned in the desired manner relative to one another and pushed together into a tunnel opening 68 of a first tunnel component 70 produced, for example, from ceramic.
  • the tunnel opening 68 in the axial insertion direction 71 may initially be funnel-shaped or conical and then substantially cylindrical (see FIG. 11).
  • the geometry of the tunnel opening 68, in particular of the cylindrical section of the tunnel opening 68, is preferably selected so that the shells 24, 26 are calibrated to a desired cross-section.
  • the first tunnel component 70 is followed axially by a continuous furnace 72, which heats the solder 36 applied to the shells 24, 26 to such an extent that it melts.
  • a second tunnel component 74 Connected axially to the continuous furnace 72 is a second tunnel component 74, the tunnel opening 76 of which can also be initially funnel-shaped or conical and then substantially cylindrical in the direction of insertion 71 (see FIG. 11) in order to facilitate the insertion of the shells 24, 26.
  • the two tunnel components 70, 74 may be identical.
  • the device designed as an exhaust pipe cools, wherein the shells 24, 26 are now soldered together.
  • the cups 24, 26 may be spot welded together prior to soldering to fix the desired position relative to one another.
  • the solder strips can be produced, for example, by gluing a strip of solder material in the cold state onto one of the shells 24, 26 and later melting in the continuous furnace.
  • a stabilizing mandrel 78 is provided, apart from the second tunnel component 74, which extends through the tunnel opening 76 of the second tunnel component 74 and projects into the continuous furnace 72.
  • the stabilizing mandrel 78 extends in the axial direction through the entire continuous furnace 72.
  • the stabilizing mandrel 78 defines with the tunnel opening 76 of the second tunnel member 74, an annular space 80 through which the shells 24, 26 are moved
  • the cross sections of the tunnel opening 76 of the second tunnel member 74 and the stabilizing mandrel 78 preferably correspond to the desiredrison L. Internal cross-section of the exhaust pipe.
  • the diameter of the stabilizing mandrel 78 corresponds to the diameter of the tunnel opening 76 minus twice the outer shell thickness, twice the inner shell thickness and twice the gap thickness of the air gap 64.
  • the invention also extends to a continuous furnace unit for producing exhaust pipes, with a funnel-shaped constricting first tunnel component for inserting shells, a continuous furnace, which adjoins the first tunnel component, and a subsequent to the continuous furnace second tunnel component, which is to his Outlet widens funnel-shaped.

Abstract

Eine Abgas führende Vorrichtung eines Fahrzeugs hat ein zylindrisches Aussengehäuse (18), das aus einer Aussenschale (24) und einer in deren Inneren angeordneten Innenschale (26) besteht, wobei die Aussenschale (24) einen grösseren Abschnitt des Aussenumfangs bildet als die Innenschale (26) oder einen gleich grossen Aussenumfangsabschnitt. Die radiale Außenseite der Innenschale (26) ist an der Außenschale (24) insbesondere stoffschlüssig befestigt ist. Die Aussenschale (24) ist im Querschnitt C-förmig oder verläuft ringförmig geschlossen. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung beschrieben.

Description

Abgas führende Vorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung
Die Erfindung betrifft eine Abgas führende Vorrichtung eines Fahrzeugs, die ein zylindrisches Außengehäuse hat. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Vorrichtung. In Fahrzeugen sind im Abgasstrang verschiedene Vorrichtungen vorhanden, die zwischen Abgasrohrleitungsabschnitten angeordnet sind, zum Beispiel Katalysatoren, Partikelfilter, Schalldämpfer oder Gehäuse, in denen sogenannte thermoelektrische Generatoren (TEG-Module) untergebracht sind und mit denen elektrische Energie durch eine Temperaturdifferenz gewonnen wird. Alle diese Vorrichtungen sind vorgefertigte Einheiten, die in den Abgasstrang eines Fahrzeugs eingebaut werden und die als Gemeinsamkeit zwischen ihrem Ein- und ihrem Auslass einen Behälter bilden, in dem Einbauten untergebracht sind (abgasreinigende Einleger, Schalldämpfereinbauten, TEG-Module usw.). Zwischen dem Ein- und dem Auslass gibt es einen deutlichen Querschnittssprung, um einen Hohlraum zur Unterbringung der Einbauten zu schaffen. Das zylindrische Außengehäuse solcher Vorrichtungen kann auf unterschiedliche Weise hergestellt werden. Beispielsweise wird bei einem Katalysator oder einem Partikelfilter der sogenannte Einleger, durch den das Abgas strömt und der üblicherweise aus Keramik ist, mit einem Blech so umwickelt, dass über eine zwischengelegte Lagermatte der Einleger im Gehäuse geklemmt und positioniert ist. Darüber hinaus gibt es auch Außengehäuse aus zwei im Querschnitt U- förmigen Schalen, die zwischen sich Einleger und Lagermatte klemmen und die beim Schließen des Außengehäuses so weit zusammengefahren werden, dass sich ihre Längsränder überlappen und die Längsränder dann verschweißt oder verlötet werden.
Aus der US 2001/0055551 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Katalysators bekannt, bei dem zwei jeweils um mehr als 360° um den Einleger herum verlaufende Blechteile übereinander gewickelt sind. Diese bilden dann das Außengehäuse.
Die DE 10 2004 042 078 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäuses für eine Abgas führende Vorrichtung, bei dem das Außengehäuse aus drei oder mehr Blechstreifen besteht, die sich teilweise überlappen und im Überlappungsbereich miteinander verbunden sind. Die Querschnittsform des Gehäuses ist nicht kreiszylindrisch, sondern weist stärker und weniger stark gekrümmte Abschnitte auf. In den weniger gekrümmten Abschnitten liegen die Überlappungsbereiche. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die ein einfach herstellbares Außengehäuse aufweist, das kostengünstig hergestellt werden kann und leicht ist. Ferner soll ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung angegeben werden.
Die Abgas führende Vorrichtung für Fahrzeuge nach der Erfindung hat ein zylindrisches Außengehäuse, das aus einer Außenschale und einer in deren Inneren angeordneten Innenschale besteht. Die Außenschale bildet einen größeren Abschnitt des Außenumfangs des Außengehäuses als die Innenschale oder, alternativ, einen gleich großen Abschnitt des Außenumfangs wie die Innenschale. Die radiale Außenseite der Innenschale ist an der Außenschale befestigt, insbesondere durch Stoffschluss. Die Außenschale verläuft im Querschnitt gesehen C-förmig oder geschlossen kreisförmig. Die Außen- und die Innenschale sind separate Teile, die erst später miteinander verbunden werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich auch durch eine sehr gleichmäßige Belastung des Außengehäuses und eine gleichmäßige Klemmung von innen liegenden Teilen aus, denn die Außenschale nimmt hauptsächlich die Belastung auf, und diese Außenschale bildet fast den gesamten Außenumfang des Gehäuses, da sie im Querschnitt C-förmig oder auch ringförmig geschlossen verläuft und die innen liegenden Teile umgreift. Dies ist ein wesentlicher Unterschied zu den bisherigen Schalenlösungen, bei denen die einzelnen Schalen einen U-förmigen Querschnitt haben, also keine nach innen, zueinander weisenden Längsränder. Die zwei separaten Schalen (d.h. von Haus aus separate Teile), die das Außengehäuse bei der Erfindung bilden, sind ferner einfacher miteinander zu verbinden als drei oder mehr Schalen wie im Stand der Technik. Die Innenschale liegt sozusagen in dem Bereich der Außenschale, in dem diese geschlossen wird, und sichert diesen Bereich.
Vorzugsweise verlaufen die Längsränder der Außenschale zueinander überlappungsfrei. Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat gemäß dieser Ausführungs- form somit kein Außengehäuse, das gewickelt ist und bei dem sich die Längsränder überlappen. Dieses Wickeln kann nämlich dazu führen, dass der innen liegende, beim Wickeln stark wandernde Längsrand Scherkräfte auf das noch weiter innen liegende, daran angrenzende Teil ausübt, zum Beispiel auf die Lagermatte. Beim Schließen des Außengehäuses der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann sich die Relativbewegung auf zwei Seiten, nämlich im Bereich der beiden Längsränder der Innenschale verteilen.
Die Schalen verlaufen im Querschnitt vorzugsweise stetig gekrümmt, das heißt, es ist kein abrupter Absatz oder dergleichen vorhanden, wie dies bei U- förmigen Schalen im Bereich der Längsränder im Stand der Technik häufig der Fall ist. Dies reduziert die Herstellungskosten und sorgt für eine gleichmäßige Flexibilität des Außengehäuses, denn Absätze oder dergleichen versteifen das Gehäuse bereichsweise.
Die Außen- und die Innenschale sind vorzugsweise aus einem Metallblech.
Die Krümmung der Außen- und der Innenschale sollten im Überlappungs- bereich zueinander angepasst sein, sodass die Innenschale vollflächig mit ihrer radialen Außenseite an der Außenschale anliegt.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform sind die Längsränder der Außenschale in Umfangsrichtung voneinander beabstandet, und der entstehende Spalt zwischen den Längsrändern wird radial nach innen durch die Innenschale geschlossen. Die Innenschale hat damit bei der bevorzugten Ausführungsform kräftemäßig hauptsächlich die Aufgabe, diesen Spalt in der Außenschale zu schließen, der sehr gering sein sollte. Das Vorhandensein des Spaltes hat folgenden wichtigen Vorteil. Wenn das Außengehäuse ein innen liegendes Teil klemmen soll oder eng an diesem anliegen soll, besteht immer das Problem, dass das innen liegende Teil (zum Beispiel der Einleger eines Katalysators oder eines Partikelfilters) mit Querschnittstoleranzen versehen ist. Durch die individuelle Herstellung des Außengehäuses, abgestimmt auf das gerade zu verbauende, innen liegende Teil, lässt sich durch Aufbringen einer Kraft auf die Außenschale bei der Herstellung des Außengehäuses die Außenschale individuell eng an das innen liegende Teil andrücken und anpassen, sodass eine optimale Querschnittsform des Außengehäuses entsteht. Durch den Spalt wird ausgeschlossen, dass bei im Querschnitt kleinen innen liegenden Teilen die Längsränder aneinander anstoßen können, sodass das Außengehäuse nicht klein genug hergestellt werden kann. Somit wird über den Spalt ein Toleranzausgleich ermöglicht. Es ist jedoch denkbar, die Toleranzen so zu legen, dass für das kleinste tolerierbare innen liegende Teil die Längsränder gerade aneinander anstoßen. Bevorzugt ist jedoch, dass auch für das kleinste Teil ein Spalt im Außengehäuse vorgesehen ist.
Nachdem der Spalt aber relativ gering ist, kann die Innenschale so ausgeführt sein, dass sie zur Stabilität des Außengehäuses deutlich weniger beiträgt als die Außenschale, wodurch Gewicht und Herstellungskosten für die Innenschale reduziert werden können.
Die Innenschale kann im Querschnitt gesehen eine geringere Umfangslänge als die Außenschale haben, vorzugsweise um wenigstens den Faktor 0,6. Dadurch kann erheblich Material gespart werden.
Natürlich kann auch eine Innenschale verwendet werden, die eine ähnlich große oder sogar größere Umfangslänge hat wie die Außenschale.
Auch die Innenschale kann im Querschnitt C-förmig verlaufen, also ebenfalls weiter nach innen gezogene Längsränder haben, als dies bei einer U-Form der Fall ist. Alternativ oder zusätzlich sollte der Spalt zwischen den Längsrändern der Innenschale entgegengesetzt zu den Längsrändern der Außenschale, insbeson- dere zu dem vorteilhaften Spalt zwischen den Längsrändern der Außenschale, ausgerichtet sein. Bei einem kreiszylindrischen Außengehäuse lässt sich dies dadurch definieren, dass der Spalt zwischen den Längsrändern der Innenschale diametral entgegengesetzt zu den Längsrändern der Außenschale, insbesondere zum Spalt an der Außenschale liegt. Dies soll die Flexibilität des Außengehäuses vergleichmäßigen.
Die Außenschale sollte dicker als die Innenschale sein, insbesondere wenigstens um den Faktor 1 ,3. Damit werden Material und Gewicht gespart. Darüber hinaus wird vermieden, dass das Außengehäuse im Überlappungsbereich der Schalen deutlich weniger elastisch ist als im übrigen, nicht überlappenden Bereich.
Bei Versuchen hat sich herausgestellt, dass die Außenschale eine Dicke von maximal 1 ,0 mm, insbesondere maximal 0,8 mm und/oder die Innenschale eine Dicke von maximal 0,4 mm haben kann. Diese Dicken sind wesentlich geringer als im Stand der Technik, bei dem zum Beispiel bei Wickelgehäusen mit Wandstärken von 1 ,2 bis 1 ,5 mm gearbeitet wird.
Die bevorzugte Ausführungsform sieht sogar vor, dass die Außenschale eine Dicke von maximal 0,4, insbesondere 0,3 mm hat und die Innenschale lediglich maximal 0,2 mm dick ist. Die geringe Dicke gerade der Innenschale hat nicht nur Gewichtsvorteile, sondern sorgt auch dafür, dass im Bereich der Längsränder der Innenschale nur ein geringer Dickensprung im Außengehäuse vorhanden ist. Die die Längsränder definierenden Stirnseiten stehen damit als Störkontur oder Stör- kante für das angrenzende Teil, zum Beispiel für die Lagermatte, kaum noch nach innen vor, sodass beim Schließen des Außengehäuses kaum Scherkräfte auf das angrenzende Teil ausgeübt werden. Durch die geringe Dicke können sich die Längsränder kaum an der Lagermatte verhaken, sondern gleiten an dieser entlang. Die geringe Dicke der Innen- und der Außenschale führt auch dazu, dass die Spannungsverteilung im Außengehäuse sehr gleichmäßig ist, dieses ist nämlich flexibler als im Stand der Technik und passt sich den toleranzbedingten unterschiedlichen Geometrien der innen liegenden Teile, zum Beispiel der Einleger, optimal an. Das bedeutet auch, dass die Klemmkraft sehr gleichmäßig auf das innen liegende Teil verteilt wird.
Die geringe Dicke des Außengehäuses führt auch dazu, dass der sogenannte Canning-Prozess beim Herstellen des Außengehäuses schneller erfolgt und dass keine großen Rückfederkräfte auftreten, die es im Stand der Technik zu beherrschen gilt. Diese Rückfederkräfte führen dazu, dass nach dem Öffnen des Werkzeugs, welches eine Anpresskraft auf das Außengehäuse bei dessen Schließvorgang ausübt, das Außengehäuse zurückfedert, eine andere Geometrie einnimmt und die Klemmkräfte im stärker rückfedernden Abschnitt stärker reduziert werden. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Außenschale aus einem anderen Werkstoff als die Innenschale besteht. Hier lassen sich zusätzlich Kosten sparen, indem zum Beispiel die Innenschale aus einem weniger hochwertigen Material als die Außenschale besteht. Die Außenschale sollte wenigstens 90 % des Außenumfangs des Gehäuses bilden.
Die Stabilität des Außengehäuses im Bereich der Längsränder kann erhöht und die Fertigung vereinfacht werden, wenn wenigstens einer der Längsränder der Außenschale wenigstens einen Fortsatz in Umfangsrichtung hat, der in eine Ausnehmung am gegenüberliegenden Fortsatz eingreift. Fortsatz und Ausnehmung können insbesondere komplementär ausgeführt sein. Über den Fortsatz und die Ausnehmung werden die Längsränder in Axialrichtung formschlüssig verhakt, was die Belastung auf die stoffschlüssige Verbindung reduziert. Die bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass beide Längsränder zinnenförmig ausgeführt sein können, sodass die Zinnen des einen Längsrands in komplementäre Ausnehmungen zwischen Zinnen des anderen Längsrands eingreifen. Insbesondere sollte jedoch, um den Umfangsspalt aufrechtzuerhalten, die Spitze der Zinnen nicht die„Böden" der benachbarten Ausnehmungen kontaktieren. Einen Kontakt in Axialrichtung kann es jedoch an den Seitenflächen der benachbarten Zinnen und Ausnehmungen geben.
Die Längsränder der Außenschale sollten miteinander und/oder mit der Innenschale verlötet werden, wobei vorzugsweise zusätzlich die Außenschale im Bereich der Längsränder mit der Innenschale punktverschweißt ist. Die Innenschale kann eine Brücke zwischen den Längsrändern bilden, weshalb die Längs- ränder der Außenschale jeweils an der Innenschale angelötet sind. Wenn der Spalt zwischen den Längsrändern sehr gering ist, kann dieser Spalt auch komplett mit Lot geschlossen sein, sodass dieses Lot auch die Längsränder der Außenschale miteinander verbindet. Dabei wäre es möglich, dass der Spalt komplett mit Lot gefüllt ist. Bevorzugt ist Lot auch zwischen der Innenseite der Außenschale im Bereich ihrer Längsränder und der Außenseite der Innenschale in diesem Bereich vorgesehen, sodass ein großflächigerer, gelöteter Bereich entsteht. Überlappt die Innenschale die Außenschale sehr weit, wäre es denkbar, Lot nur an der Innen- seite nahe der Längsränder der Außenschale vorzusehen, sodass nicht der gesamte Überlappungsbereich der Schalen mit Lot verbunden ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält einen Einleger zum Reinigen des Abgases (Katalysator oder Partikelfilter), bildet einen Schalldämpfer und/oder enthält TEG-Module. Die Vorrichtung ist ein vorgefertigter Behälter, der in seinem Inneren Einbauten aufweist, durch die entweder das Abgas behandelt wird oder durch die Energie aus dem Abgas umgewandelt wird (Schall- oder Wärmeenergie).
Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht keine Vorfertigung der Vorrichtung vor und auch keine Einbauten enthaltenden Behälter. Die Vorrichtung ist vielmehr eine Rohrstutzenverbindung für zwei benachbarte Rohrstutzen. Die Außen- und die Innenschale umgeben die zwei benachbarten Rohrstutzen und koppeln sie strömungsmäßig miteinander. Hierbei werden die Schalen vorzugsweise stoffschlüssig an den Rohrstutzen befestigt. Da die Rohrstutzen nicht immer exakte Aussenabmessungen und -geometrien besitzen, lässt sich durch die zwei komprimierbaren Schalen immer eine optimale, spaltfreie Anpassung an die Stutzen erreichen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann jedoch auch ein aus zwei Schalen zusammengesetztes Abgasrohr eines Verbrennungsmotors sein. Hier ist es von Vorteil, wenn zumindest die Innenschale im Querschnitt geschlossen umläuft, also kein Spalt zwischen den Längsrändern der Innenschale vorhanden ist, oder wenn dieser Spalt durch Lot komplett geschlossen ist. Vorteilhaft ist ferner, wenn die Schalen aus unterschiedlichen Material sind, so dass unterschiedliche Korrosionsbeständigkeiten erfüllt werden. Das Abgasrohr ist somit insgesamt leichter, denn seine Wanddicke kann geringer sein als bei bisherigen Abgas- rohren.
Vorzugsweise überdeckt die Außenschale in axialer Richtung die Innenschale im Wesentlichen vollständig. Dadurch ergibt sich auch bei geringer Dicke der einzelnen Schalen eine Vorrichtung mit vergleichsweise großer und in axialer Richtung weitgehend homogener Stabilität. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Abgas führenden Vorrichtung, insbesondere einer vorgenannten erfindungsgemäßen Abgasvorrichtung, sieht folgende Schritte vor: a) Positionieren einer Außenschale und einer Innenschale so zueinander, dass sich die Außenschale C-förmig um die Innenschale und sich die
Innenschale innenseitig von einem Längsrand zum gegenüberliegenden Längsrand der Außenschale erstreckt, und b) stoffschlüssiges Verbinden der Außen- und der Innenschale miteinander im Bereich der Längsränder der Außenschale. Wie bereits erläutert, sollten die beiden Schalen absatzlos stetig gekrümmt verlaufen, in Bezug auf den Querschnitt gesehen. Die Außen- und die Innenschale sind nicht gewickelt, das heißt, sie erstrecken sich um weniger als 360° im Querschnitt gesehen.
Die Außen- und die Innenschale werden miteinander verlötet, insbesondere im sogenannten Durchlaufverfahren, indem sie durch einen Durchlaufofen bewegt werden, in dem das Lot verflüssigt wird.
In diesem Fall können die Außen- und die Innenschale in axialer Richtung zunächst durch ein erstes Tunnelbauteil, dann durch den Durchlaufofen und schließlich durch ein zweites Tunnelbauteil bewegt werden. Mittels der Tunnel- bauteile lassen sich die Schalen auf einfache Weise kalibrieren sowie gleichzeitig zum Durchlaufofen hin und vom Durchlaufofen weg transportieren.
Vorzugsweise ist zusätzlich ein Stabilisierungsdorn vorgesehen, der mit einer Tunnelöffnung des zweiten Tunnelbauteils einen Ringraum definiert, durch den die Schalen bewegt werden. Eine sehr effektive Herstellungsweise sieht vor, dass auf der Außenschale innenseitig im Bereich der Längsränder und/oder außenseitig an der Innenschale ein Lot aufgebracht wird (zum Beispiel durch Siebdruck), das ausgehärtet ist, bevor die Schalen zueinander positioniert werden. Im obigen Schritt b) wird dann zumindest eine der Schalen erwärmt, sodass das Lot flüssig wird und die Schalen miteinander verlötet werden. Alternativ zum Aufdrucken von Lot könnten auch eine oder mehrere Lotfolien auf einer oder beiden einander gegenüberliegenden Seiten des Schalen befestigt sein, z.B. durch Punktschweißen. Die Folien schmelzen dann bei Wärmeeinwirkung. Die Schalen können zur Versteifung vollflächig oder verteilt über ihre Kontaktflächen miteinander verlötet sein. Auf eine oder beide Schalen wird Lot aufgedruckt, z.B. vollflächig oder in Mustern wie Streifen, Gitter, Punkte usw. Nach dem Erwärmen ergibt sich eine vollflächige oder abschnittsweise Lotverbindung. Auch wenn in Mustern Lot aufgedruckt wird, kann dieses nach dem Erhitzen zu einer vollflächigen Verbindung werden.
Die vollflächige oder abschnittsweise Lotverbindung erfolgt insbesondere im Bereich von Stellen, an denen von außen Teile befestigt werden, um die Wand in diesem Bereich zu versteifen.
Da die Werkzeuge zum Schließen der Schalen, die von außen einen Druck auf die Schalen ausüben, zumeist sehr teuer sind, sodass ihre Taktzeit so gering wie möglich sein sollte, können die Schalen vor dem Löten miteinander punktverschweißt werden. Damit sind die Schalen zueinander positioniert und können in ein anderes Werkzeug oder eine andere Station transportiert werden.
Die Taktzeiten des sogenannten Canning-Prozesses zum Schließen des Außengehäuses werden von über 30 sec. auf unter 7 sec. reduziert.
Die Schalen können vorgekrümmt sein, wenn sie in einem Werkzeug positioniert werden, das einwärts bewegliche Backen aufweist. Wenn diese Backen einwärts bewegt werden, wird zumindest die Außenschale weiter gekrümmt, sodass sich ihre Längsränder aufeinander zu bewegen. Im Werkzeug sollte dann zumindest eine vorläufige Fixierung der Schalen aneinander erfolgen, zum Beispiel durch Punktschweißen.
Die Backen werden bei der bevorzugten Ausführungsform von einem individuell für die gerade herzustellende Vorrichtung ermittelten Parametern um einen ermittelten, individuellen Verstellweg einwärts bewegt. Das bedeutet, dass jede Vorrichtung ein individuell hergestelltes Außengehäuse hat, abgestimmt auf Parameter der innen liegenden Teile, zum Beispiel auf die Querschnittsgeometrie des Einlegers oder die beim Schließen der Backen aufgebrachte Klemmkraft oder das Flächengewicht der Lagermatte.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- Figur 1 eine Längsschnittansicht durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
- Figur 2 eine Querschnittsansicht durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, - Figur 3 eine Querschnittsansicht durch eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
- Figur 4 eine Radialansicht auf die Vorrichtungen nach Figuren 2 und 3 im Bereich der Längsränder,
- Figur 5 eine perspektivische Querschnittsansicht durch ein Werkzeug zur Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
- Figur 6 aufeinanderfolgende Verfahrensschritte zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- Figur 7 eine Längsschnittansicht durch eine als Rohrstutzenverbindung ausgeführte erfindungsgemäße Vorrichtung, - Figur 8 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung nach Figur 7,
- Figur 9 eine stirnseitige Ansicht einer als Abgasrohr ausgebildeten erfindungsgemäßen Vorrichtung,
- Figur 10 eine stirnseitige Ansicht einer als Abgasrohr ausgebildeten erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer alternativen Ausführungsvariante, und - Figur 11 eine schematische Skizze, die ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Vorrichtungen gemäß den Figuren 9 und 10 veranschaulicht.
In Figur 1 ist eine in einem Kraftfahrzeug untergebrachte, Abgas führende Vorrichtung 10 dargestellt. Die Vorrichtung 10 kann eine Abgasreinigungsvor- richtung, das heißt ein Abgaskatalysator, ein Partikelfilter, oder eine Kombination aus beiden sein, oder ein Schalldämpfer oder eine Strom erzeugende Vorrichtung mit sogenannten TEG-Modulen, die beispielhaft dargestellt und mit dem Bezugszeichen 12 versehen sind. Das Bezugszeichen 14 definiert ein langgestrecktes, zylindrisches Substrat, das beispielsweise aus einer Keramik oder einer Art gewickelter Wellpappe oder einem anderen katalytischen Träger- oder Filtermaterial mit oder ohne Beschich- tung besteht. Das Substrat 14 ist von einer Lagermatte 16 umgeben, die ein elastisches Ausgleichselement zwischen dem Substrat 14 und einem Außen- gehäuse 18 aus Blech bildet.
Die Lagermatte 16 ist auch vorhanden, wenn andere innen liegende Teile, wie zum Beispiel TEG-Module 12 auf einen Träger geklemmt werden sollen, oder wenn schalldämpfende Einbauten vom Außengehäuse 18 umgeben und darin geklemmt werden. Stromaufwärts und stromabwärts sind mit dem Außengehäuse 18 ein Einströmtrichter 20 und ein Ausströmtrichter 22 verbunden.
Die Vorrichtung ist ein vorgefertigter Behälter mit Einbauten, mit einem Einlass und einem Auslass, die durch den Einlass des Einström- bzw. den Auslass des Ausströmtrichters 20 bzw. 22 gebildet sind, und einem dazwischen liegenden, im Querschnitt zum Ein- und Auslass aufgeweiteten Abschnitt, um einen Hohlraum zur Aufnahme der Einbauten zu bilden.
Das Außengehäuse 18 ist dünnwandig ausgeführt und wird im Folgenden näher erläutert.
In Figur 2 ist in einem Querschnitt der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu sehen. Das Außengehäuse 18 besteht aus zwei separaten Schalen, nämlich einer Außenschale 24 und einer Innenschale 26. Die Außenschale 24 hat einen im Wesentlichen C-förmigen Querschnitt und umgreift das Substrat 14. Das bedeutet, die Außenschale erstreckt sich im Querschnitt um mehr als 180°, vorzugsweise um mehr als 270°. Die Innenschale 26 ist bei der dargestellten Ausführungsform im Querschnitt ebenfalls C-förmig. Die Schalen 24 und 26 haben Längsränder 28 bzw. 30, die jeweils voneinander beabstandet sind, sodass sich ein Spalt 32 bzw. 34 zwischen den Längsrändern 28 bzw. 30 ergibt. Das bedeutet, die Außenschale 24 überlappt sich im Bereich ihrer Längsränder 28 ebenso wenig wie die Innenschale im Bereich ihrer Längsränder 30.
Die Außenschale 24 bildet den wesentlichen Teil der Außenseite des Außengehäuses in Umfangsrichtung, insbesondere bildet sie wenigstens 90 % des Außenumfangs des Außengehäuses 18. Der innenseitige, von der Außenschale 24 abgedeckte Abschnitt der Innenschale 26 bildet überhaupt keinen Abschnitt des Außenumfangs des Außengehäuses 18, sondern nur der Abschnitt, der den Spalt 32 schließt.
Der Spalt 32 zwischen den Längsrändern 28 wird radial nach innen hin von der Innenschale 26 geschlossen. Die Ausrichtung der Außen- und der Innenschale 24 bzw. 26 erfolgt so, dass die Spalte 32, 34 entgegengesetzt zueinander liegen, insbesondere diametral entgegengesetzt zueinander.
Die Außenschale 24 besteht ebenso wie die Innenschale 26 aus einem gleichmäßig dünnen Blech.
Da die Außenschale 24 den wesentlichen Teil des Außengehäuses 18 bildet, auch bezüglich Stabilität des Außengehäuses 18, kann die Innenschale 26 dünner ausgeführt sein als die Außenschale 24.
Die Außenschale 24 sollte um insbesondere den Faktor 1 ,3 dicker sein als die Innenschale 26.
Bei der bevorzugten Ausführungsform hat sich ergeben, dass die Außenschale eine Dicke von maximal 1 ,0 mm, insbesondere aber maximal 0,8 mm, vorzugsweise insbesondere von maximal 0,4 mm aufweisen kann, wogegen die Innenschale 26 eine Dicke von maximal 0,4 mm, insbesondere von maximal etwa 0,2 mm hat.
Die Außenschale 24 hat bei den gezeigten Ausführungsformen eine Dicke von sogar nur etwa 0,3 mm und die Innenschale 26 von 0,2 mm, sodass sich im Überlappungsbereich der Schalen 24, 26 eine Gesamtdicke des Außengehäuses 18 von 0,5 mm ergibt. Die Außen- und Innenschale 24 bzw. 26 liegen im Überlappungsbereich vollflächig aneinander an, was insbesondere dadurch erleichtert wird, dass die Außenschale 24 eine geringe Dicke hat und sich beim Biegen an die Kontur der innen liegenden Teile anpassen kann. Die Innenschale 26 wiederum ist aufgrund ihrer noch geringeren Dicke hoch flexibel und passt sich der Kontur der innen liegenden, angrenzenden Teile, hier des Substrats 14 und der darüberliegenden Lagermatte 16 perfekt an.
Alternativ oder zusätzlich hierzu kann die Außenschale 24 aus einem anderen Werkstoff als die Innenschale 26 bestehen, insbesondere aus einem hoch- wertigeren, zum Beispiel korrosionsbeständigeren Werkstoff.
Die beiden Schalen 24, 26 sind im Bereich der Längsränder 28 miteinander stoffschlüssig verbunden.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform sind die Schalen 24, 26 im Bereich der Innenseite der Außenschale 24 nahe der Längsränder 28 miteinander verlötet. Das Lot erstreckt sich gemäß der bevorzugten Ausführungsform etwa maximal 10 bis 20 mm vom jeweiligen Längsrand 28 am Umfang entlang im jeweiligen Überlappungsbereich.
Lot 36 sollte auch den Spalt 32 ausfüllen, vorzugsweise komplett ausfüllen, sodass sich keine Rinne ergibt, in der sich Feuchtigkeit ansammeln könnte. Zumindest sollte Lot 36 die Stirnseiten im Bereich der Längsränder 28 komplett abdecken, ebenso wie die Außenseite der Innenschale 26 im Bereich des Spalts 32, sodass keine Angriffsfläche für Korrosion und keine Spalte zwischen Außen- und Innenschale 24, 26 vorhanden sind.
Zusätzlich zur Lötverbindung sind die Schalen 24, 26 nahe der Längsränder 28 an einigen in Axialrichtung hintereinanderliegenden Stellen punktverschweißt. Die Schweißstellen tragen das Bezugszeichen 38. Dieses Punktschweißen dient lediglich zur Vorfixierung der Schalen 24, 26, bevor diese über ihre gesamte Längserstreckung im Bereich des Spaltes 32 miteinander verlötet werden. Alternativ hierzu könnte der Spalt 32 Null sein, z.B. wenn die Toleranzen bei der Herstellung entsprechend so gewählt sind, dass eine Obergrenze der Umfangslänge der Außenschale durch eine Anlage von dessen Längsrändern aneinander definiert ist. Es wäre auch denkbar, dass sich die Längsränder 28 der Außenschale 24 überlappen.
Die Schalen 24, 26 können zur Versteifung vollflächig oder verteilt über ihre Kontaktflächen miteinander verlötet sein. Auf eine oder beide Schalen 24, 26 wird Lot aufgedruckt, z.B. vollflächig oder in Mustern wie Streifen, Gitter, Punkte usw. Nach dem Erwärmen ergibt sich eine vollflächige oder abschnittsweise Lotverbindung.
Die vollflächige oder abschnittsweise Lotverbindung erfolgt insbesondere im Bereich von Stellen, an denen von außen Teile befestigt werden, um die Wand in diesem Bereich zu versteifen. In Figur 2 wird ein Befestigungsteil 100 an die Außenschale 24 angelötet. Zumindest großflächig im Bereich um diese Lötstellen herum werden die Schalen 24, 26 miteinander verlötet, um die Wand dort zu versteifen, wo die durch das Befestigungsteil 100 einwirkenden Kräfte aufgenommen werden. Wird z.B. eine Öffnung in der Wand erforderlich (z.B. für einen Sensor), so sind in beiden Schalen 24, 26 übereinanderliegende Löcher vorgesehen. Am Lochrand werden die Schalen 24, 26 miteinander verlötet, um die Steifigkeit zu erhöhen und gegebenenfalls auch eine Gasdichtigkeit zu erreichen.
Die Ausführungsform nach Figur 2 zeigt eine kreiszylindrische Vorrichtung. Die Erfindung ist jedoch nicht nur auf eine solche Vorrichtung begrenzt, sondern bezieht sich auch auf andere, im Wesentlichen runde oder auch auf im Wesentlichen eckige, mit abgerundeten Kanten versehene Geometrien von Außengehäusen 18.
Figur 3 zeigt eine Vorrichtung mit einem innen liegenden Bauteil, zum Beispiel einem Schalldämpferinnenteil, einem Substrat 14 oder anderen Aufbauten, zum Beispiel mit TEG-Modulen 12. Optional, abhängig vom innen liegenden Teil, ist auch hier eine Lagermatte 16 um das innen liegende Teil gewickelt. Das Außengehäuse 18 besteht erneut aus nur zwei Schalen, nämlich der Außenschale 24 und der separaten Innenschale 26. Auch hier verläuft die Außenschale 24 C-förmig fast komplett um die innen liegenden Teile herum.
Alternativ zur Ausführungsform nach Figur 2 erstreckt sich die Innenschale 26 jedoch nicht C-förmig entlang der Innenseite der Außenschale 24, sondern verläuft V- oder U-förmig nur über einen relativ begrenzten Winkelbereich im Bereich des Spalts 32, um im Spaltbereich das Außengehäuse 18 zu schließen. Zu betonen ist jedoch, dass natürlich auch bei dieser Ausführungsform eine ähnliche Gestaltung der Innenschale 26 wie bei Figur 2 vorhanden sein kann, nämlich dass sich die Innenschale 26 C-förmig um fast die gesamten innen liegenden Teile herum erstreckt. Der Vorteil der Ausführungsform nach Figur 3 besteht darin, dass der Materialaufwand für die Innenschale 26 geringer ist als bei der vorhergehenden Ausführungsform. Andererseits ist die Wanddicke des Außengehäuses 18 aufgrund der fast über 360° verlaufenden Überlappung der Schalen 24, 26 gemäß Figur 2 gleichmäßiger.
Bezüglich Dicken, Materialien und Erstreckungen der Außen- und Innenschale 24, 26 gilt bezüglich Figur 3 das zu Figur 2 Gesagte. Das betrifft auch die Verbindung der beiden aus Blechen bestehenden Schalen 24, 26 durch Stoff- schluss. Der Spalt 32 wird auch hier mit Lot 36 zumindest ausgekleidet, vorzugs- weise gefüllt.
Die Längsränder 28 können linear verlaufen oder miteinander verzahnt sein, wie Figur 4 zeigt. In Figur 4 ist eine zinnenartige Ausbildung der Längsränder 28 dargestellt, mit in Umfangsrichtung verlaufenden Fortsätzen 40, die in Ausnehmungen 42 zwischen den Fortsätzen 40 des gegenüberliegenden Längsrands 28 eingreifen. Durch diese Konstruktion, die in Umfangsrichtung nach wie vor Spalte 32 ermöglicht, wird die Stabilität des Außengehäuses 18 im Nahtbereich erhöht und die Herstellung erleichtert.
Figur 5 zeigt das Werkzeug, mit dem die erfindungsgemäße Vorrichtung hergestellt wird. Das Werkzeug hat mehrere kreissegmentförmige Backen 44, die nach innen bewegt werden können. Die Innenseiten 46 der Backen 44 sind der späteren Form des Außengehäuses 18 im entsprechenden Bereich angepasst.
Die Backen 44 können unterschiedlich weit nach innen bewegt werden (siehe Pfeile), sodass abhängig von individuellen Parametern für die herzustellende Vorrichtung, die zum Beispiel von der Klemmkraft, welche auf die innen liegenden Teile ausgeübt wird, oder der Geometrie des Substrats 14 oder des Flächengewichts der verbauten Lagermatte 16 abhängt, die Backen 44 individuell weiter oder weniger weit nach innen bewegt werden. Das heißt, der Verstellweg für die Backen 44 ist für jede Vorrichtung vorzugsweise individualisiert. Beispiele für eine solche maßgeschneiderte Herstellung sind in der WO 2007/1 5667 A1 erläutert, auf die diesbezüglich Bezug genommen wird. Das Werkzeug kann alternativ auch wie in der DE 10 2006 049 238 A1 beschrieben ausgebildet sein. Im Folgenden wird das Herstellungsverfahren für die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand Figur 6 beschrieben.
Die beiden separaten Schalen 24, 26 sind quer zu ihrer Längsrichtung zuerst vorgeformt, das heißt, sie haben noch nicht ihre endgültige Gestalt im Querschnitt gesehen, sind jedoch gekrümmt (Figur 6a). In das Werkzeug (Figur 6b) werden die Außen- und Innenschale 24, 26 und in diese die innen liegenden Teile hineingeschoben. Die Innenschale 26 wird ebenfalls so positioniert, dass ihre Längsränder 30 auf der Innenseite der Außenschale 24 liegen. Im Bereich der Längsränder 28 ist innenseitig auf die Außenschale 24 und/oder die Außenseite der Innenschale 26 Lot 36, insbesondere Hartlot, aufgebracht und ausgehärtet, zum Beispiel durch Drucken (Figur 6a).
Die Backen 44 werden dann einwärts gefahren, sodass die Außenschale 24 verengt wird und die Längsränder 28 aufeinander zu wandern. Auch die Innenschale 26 wird dabei deformiert (Figuren 6b und 6c).
Sobald die endgültige Position (Figur 6c) erreicht ist, werden die Schalen 24, 26 im Überlappungsbereich nahe dem Spalt 32 punktverschweißt. Hierzu können benachbarte Backen 44 entsprechende Ausnehmungen 48 zum Einschieben einer Schweißelektrode 50 haben (Figur 6c).
Anschließend wird die vorgefertigte Vorrichtung aus dem Werkzeug durch einen Durchlaufofen 52 (Figur 6e) bewegt, wo sie erwärmt wird, bis das Lot 36 schmilzt. Zusätzlich kann auch noch Lot im Bereich des Spalts 32 von außen zugegeben werden (Figur 6d). Die beiden Schalen 24, 26 werden damit stoffschlüssig verbunden. Eine Wärmequelle 54 im Durchlaufofen 52 ist ebenfalls in den Figuren 6d und 6e dargestellt.
Bei den bisher gezeigten Ausführungsformen werden die Außen- und die Innenschale 24 bzw. 26 um die Einbauten herum positioniert und anschließend miteinander verbunden. Bei der Ausführungsform nach den Figuren 7 und 8 ist die Vorrichtung eine Rohrstutzenverbindung von zwei voneinander beabstandeten Abgasrohren, die in Rohrstutzen 60, 62 enden. Im Inneren der Vorrichtung sind keine Einbauten vorgesehen, darüber hinaus ist kein großer Querschnittssprung vorhanden. Die Außen- und die Innenschale 24, 26 können so ausgebildet sein, wie bei den vorherigen Ausführungsformen beschrieben.
In der gezeigten Ausführungsform sind beide Schalen 24, 26 im Querschnitt C-förmig, wobei die Schlitze der beiden „C" diametral entgegengesetzt zueinander liegen. Die Schalen 24, 26 werden von außen auf die Stutzen 60, 62 aufgesetzt und radial nach innen gepresst, so dass sie an der Außenfläche der Stutzen 60, 62 anliegen, die Rohrstutzen 60, 62 umgeben und sie strömungsmäßig miteinander koppeln. Die radial einwärts gerichtete Kraft kann entsprechend Figur 5 aufgebracht werden.
Ferner könnten die gegenüberliegenden Längsränder der Schalen 24 und/oder 26 auch ineinandergreifende Vorsprünge haben, wie zuvor erläutert.
Die Schalen 24, 26 werden dann miteinander stoffschlüssig am Spalt der Außenschale 24 verbunden. Ferner können die Schalen 24, 26 auch noch mit einem oder beiden Stutzen 60, 62 stoffschlüssig verbunden werden, z.B. durch Löten oder Schweißen. Um kein Abgas austreten zu lassen, können evtl. auch umlaufende Lot- oder Schweißverbindungen zwischen den Schalen 24, 26 und den Stutzen 60, 62 vorgesehen werden.
Das Verlöten der Schalen 24, 26 kann z.B. dadurch erfolgen, dass auf der Innenseite der Außenschale 24 und/oder der Außenseite der Innenschale 26 jeweils eine Lotfolie durch Punktschweißen befestigt ist. Die Folien schmelzen bei Wärmeeinwirkung und verbinden die Schalen 24, 26.
Die Ausführungsform nach Figur 9 zeigt ein Abgasrohr eines Verbrennungsmotors, das aus zwei separaten Schalen 24, 26 zusammengesetzt ist. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist zwischen den Längsrändern 30 der Innenschale 26 kein Spalt oder nur ein so geringer Spalt, dass er durch das Lot 36 oder die Schweißnaht komplett geschlossen ist. Alternativ oder zusätzlich ist auch kein Spalt zwischen den Längsrändern 28 der Außenschale 24 vorhanden.
Beide Schalen 24, 26 sollten in sich keine überlappenden Ränder haben. Auch bei dieser Ausführungsform ist es von Vorteil, Anbauteile ähnlich wie im Zusammenhang mit Figur 1 das Befestigungsteil 100 zu befestigen.
Die bevorzugte Befestigung der Schalen 24, 26 aneinander ist Löten, insbesondere vollflächiges Löten. Hier gilt das zu den übrigen Ausführungsformen Gesagte, auf das zur Vermeidung von Wiederholungen verwiesen wird.
Für alle Ausführungsformen gilt, dass das Lot 36 auf verschiedenste Weisen aufgebracht werden kann: flüssig, durch Aufdrucken, durch Befestigen von Lotfolien usw.
Bei sämtlichen gezeigten Ausführungsformen bildet die Außenschale 24 einen größeren Abschnitt des Außenumfangs als die Innenschale 26. Alternativ könnte die Außenschale 24 aber auch gleich großen Abschnitt des Außen- umfangs wie die Innenschale 26 bilden.
Analog zu Figur 9 ist in Figur 10 eine als Abgasrohr ausgebildete Vorrichtung 10 dargestellt, allerdings gemäß einer alternativen Ausführungsvariante. In diesem Fall ist zwischen den beiden separaten Schalen 24, 26 ein Luftspalt 64 vorgesehen, der sich in Bezug auf Wärmedämmung und Schallschutz positiv auswirken kann. Eine gewünschte radiale Abmessung des Luftspalts 64 (Spaltdicke) lässt sich dabei über eine radiale Abmessung des Lots 36 und/oder sonstige Abstandshalter einstellen, die an den Schalen 24, 26 angeformt oder befestigt sein können.
Die Schalen 24, 26 sind gemäß Figur 10 nicht vollflächig durch Lot 36 ver- bunden, sondern lediglich durch in Umfangsrichtung beabstandete Lotstreifen 66. Dabei ist sowohl im Bereich der Längsränder 28 der Außenschale 24 als auch im Bereich der Längsränder 30 der Innenschale 26 jeweils ein Lotstreifen 66 vorgesehen, um einen vorhandenen Spalt zwischen den Längsrändern 28 bzw. 30 zu schließen, insbesondere gasdicht zu schließen. Außerhalb der Spaltbereiche der Außen- bzw. Innenschale 24, 26 können weitere Lotstreifen 66 vorhanden sein, um die Steifigkeit des zweischaligen Abgasrohrs zu erhöhen. Beispielsweise sind in Figur 10 zwei weitere Lotstreifen 66 vorgesehen, die in Umfangsrichtung sowohl vollflächig an die Innenschale 26 als auch an die Außenschale 24 angrenzen und im Wesentlichen der Rohrversteifung dienen. Eine Möglichkeit zur Fertigung von Vorrichtungen 10 gemäß den Figuren 9 und 10 ist in Figur 11 gezeigt. Hierbei werden zunächst die beiden separaten, gekrümmten Schalen 24, 26 vorgefertigt und vorzugsweise auf eine vorgegebene axiale Länge geschnitten.
Danach wird das Lot 36, wie oben beschrieben, abschnittsweise oder voll- flächig auf wenigstens eine der Schalen 24, 26 aufgebracht und fixiert.
Anschließend werden die Schalen 24, 26 in gewünschter Weise relativ zueinander positioniert und gemeinsam in eine Tunnelöffnung 68 eines beispielsweise aus Keramik hergestellten, ersten Tunnelbauteils 70 geschoben.
Um das Einführen der Schalen 24, 26 zu erleichtern, kann die Tunnelöffnung 68 in axialer Einschubrichtung 71 zunächst trichterförmig oder konisch und dann im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet sein (vgl. Figur 11). Die Geometrie der Tunnelöffnung 68, insbesondere des zylindrischen Abschnitts der Tunnelöffnung 68 wird dabei vorzugsweise so gewählt, dass die Schalen 24, 26 auf einen gewünschten Querschnitt kalibriert werden. An das erste Tunnelbauteil 70 schließt sich axial ein Durchlaufofen 72 an, der das auf die Schalen 24, 26 aufgetragene Lot 36 soweit erhitzt, dass es schmilzt.
An den Durchlaufofen 72 schließt sich axial ein zweites Tunnelbauteil 74 an, dessen Tunnelöffnung 76 in Einschubrichtung 71 ebenfalls zunächst trichterförmig oder konisch und dann im Wesentlichen zylindrisch ausgeführt sein kann (vgl. Figur 11), um das Einführen der Schalen 24, 26 zu erleichtern. Insbesondere können die beiden Tunnelbauteile 70, 74 identisch ausgebildet sein.
Im zweiten Tunnelbauteil 74 kühlt die als Abgasrohr ausgebildete Vorrichtung ab, wobei die Schalen 24, 26 nunmehr miteinander verlötet sind.
Optional können die Schalen 24, 26 vor dem Löten miteinander punktver- schweißt werden, um die gewünschte Position relativ zueinander zu fixieren. Die Lotstreifen können z.B. dadurch erzeugt werden, dass ein Band aus Lotmaterial in kaltem Zustand auf eine der Schalen 24, 26 aufgeklebt wird und später im Durchlaufofen schmilzt.
Um die Formstabilität des im Durchlaufofen 72 erhitzten Abgasrohrs sicher- zustellen ist abgesehen vom zweiten Tunnelbauteil 74 noch ein Stabilisierungs- dorn 78 vorgesehen, der sich durch die Tunnelöffnung 76 des zweiten Tunnelbauteils 74 erstreckt und in den Durchlaufofen 72 ragt. Besonders bevorzugt erstreckt sich der Stabilisierungsdorn 78 in axialer Richtung durch den gesamten Durchlaufofen 72. Der Stabilisierungsdorn 78 definiert mit der Tunnelöffnung 76 des zweiten Tunnelbauteils 74 einen Ringraum 80, durch welchen die Schalen 24, 26 bewegt werden
Die Querschnitte der Tunnelöffnung 76 des zweiten Tunnelbauteils 74 sowie des Stabilisierungsdorn 78 entsprechen vorzugsweise dem gewünschten Außenbzw. Innenquerschnitt des Abgasrohrs. Für kreisrunde Rohrquerschnitte gemäß Figur 11 entspricht der Durchmesser des Stabilisierungsdorns 78 dem Durchmesser der Tunnelöffnung 76 abzüglich der doppelten Außenschalendicke, der doppelten Innenschalendicke und der doppelten Spaltdicke des Luftspalts 64.
Statt die Schalen 24, 26 zu Beginn der Rohrfertigung auf eine vorgegebene axiale Länge zuzuschneiden ist auch eine„Endlosfertigung" denkbar, bei der das Abgasrohr erst nach dem Verlöten der Schalen 24, 26 auf eine gewünschte Länge zugeschnitten wird.
Die Erfindung erstreckt sich auch auf eine Durchlaufofeneinheit zur Herstellung von Abgasrohren, mit einem sich trichterförmig einengenden ersten Tunnelbauteil zum Einführen von Schalen, einem Durchlaufofen, der sich an das erste Tunnelbauteil anschließt, und einem sich an den Durchlaufofen anschließenden zweiten Tunnelbauteil, welches sich zu seinem Auslass trichterförmig aufweitet.

Claims

Patentansprüche
1. Abgas führende Vorrichtung eines Fahrzeugs, mit einem zylindrischen Außengehäuse (18), das aus einer Außenschale (24) und einer in deren Inneren angeordneten Innenschale (26) besteht, wobei die Außenschale (24) einen größeren Abschnitt des Außenumfangs als die Innenschale (26) oder einen gleich großen Abschnitt des Außenumfangs wie die Innenschale (26) bildet, die radiale Außenseite der Innenschale (26) an der Außenschale (24) insbesondere stoffschlüssig befestigt ist und die Außenschale (24) im Querschnitt C-förmig oder ringförmig geschlossen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Längsränder (28) der Außenschale (24) zueinander überlappungsfrei verlaufen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsränder (28) der Außenschale (24) in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind und der entstehende Spalt (32) zwischen den Längsrändern (28) durch die Innenschale (26) radial nach innen geschlossen ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenschale (26) im Querschnitt gesehen eine geringere Umfangslänge als die Außenschale (24) hat, vorzugsweise um wenigstens den Faktor 0,6.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenschale (26) im Querschnitt C-förmig ist und/oder dass der Spalt (34) zwischen den Längsrändern (30) der Innenschale (26) entgegengesetzt, bei einem kreiszylindrischen Außengehäuse (18) diametral entgegengesetzt zu den Längsrändern (28) der Außenschale (24) ausgerichtet ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenschale (24) dicker ist als die Innenschale (26), insbesondere wenigstens um den Faktor 1 ,3.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Außen- schale (24) eine Dicke von maximal 0,8 mm und/oder die Innenschale (26) eine
Dicke von maximal 0,4 mm hat.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenschale (24) aus einem anderen Werkstoff als die Innenschale (26) besteht.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenschale (24) wenigstens 90 % des Außen- umfangs des Außengehäuses (18) in Umfangsrichtung bildet.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Längsränder (28) der Außenschale (24) wenigstens einen Fortsatz (40) in Umfangsrichtung hat, der in eine Ausnehmung (42) am gegenüberliegenden Längsrand (28) eingreift.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsränder (28) der Außenschale (24) miteinander und/oder mit der Innenschale (26) verlötet, vorzugsweise zusätzlich mit der Innenschale (26) punktverschweißt sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Längsränder (28) der Außenschale (24) unter Bildung eines Spalts (32) voneinander beabstandet sind und der Spalt (32) mit Lot (36) gefüllt ist.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmungen der Schalen (24, 26) aneinander so angepasst sind, dass die Innenseite der Außenschale (24) vollflächig an der Außenseite der Innenschale (26) anliegt.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein vorgefertigter Behälter ist, mit einem Einlass und einem Auslass, insbesondere wobei der Behälter einen Einleger zum Reinigen des Abgases enthält, einen Schalldämpfer bildet und/oder TEG-Module (12) enthält.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Rohrstutzenverbindung ist und die Außen- und die Innenschale (24, 26) zwei benachbarte Rohrstutzen (60, 62) umgibt und sie strömungsmäßig miteinander koppelt oder dass die Vorrichtung ein Abgasrohr eines Verbrennungsmotors ist, mit einer Außen- und einer Innenschale (24, 26).
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenschale (24) in axialer Richtung die Innenschale (26) vollständig überdeckt.
17. Verfahren zum Herstellen einer Abgas führenden Vorrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Positionieren einer Außenschale (24) und einer Innenschale (26) so zueinander, dass die Außenschale (24) C-förmig um die Innenschale
(26) verläuft und sich die Innenschale (26) innenseitig der Außenschale (24) von einem Längsrand (28) zum gegenüberliegenden Längsrand (28) der Außenschale (24) erstreckt, und b) stoffschlüssiges Verbinden der Außen- und der Innenschale (24, 26) miteinander im Bereich der Längsränder (28) der Außenschale (24).
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Außen- und die Innenschale (24, 26) miteinander verlötet werden, insbesondere im Durchlaufverfahren.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Außenschale (24) innenseitig im Bereich der Längsränder (28) und/oder außenseitig an der Innenschale (26) ein Lot aufgebracht und ausgehärtet ist, bevor die Schalen (24, 26) zueinander positioniert werden, und dass im Schritt b) durch Erwärmen zumindest einer der Schalen (24, 26) das Lot flüssig wird, um die Schalen (24, 26) miteinander zu verlöten.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalen (24, 26) vor dem Löten miteinander punktverschweißt werden.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalen (24, 26) vorgekrümmt sind und in einem Werkzeug positioniert werden, welches einwärts bewegliche Backen (44) aufweist, dass die Backen (44) einwärts gegen die Außenschale (24) bewegt und zumindest die Außenschale (24) weiter krümmen, sodass deren Längsränder (28) aufeinander zu bewegt werden.
22. Verfahren nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Backen (44) abhängig von einem individuell für die gerade herzustellende Vorrichtung ermittelten Parameter um einen individuellen Verstellweg einwärts bewegt werden.
23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Außen- und die Innenschale (24, 26) nach dem Einwärtsbewegen der Backen (44) miteinander punktverschweißt werden.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Außen- und die Innenschale (24, 26) in axialer Richtung zunächst durch ein erstes Tunnelbauteil (70), dann durch einen Durchlaufofen (72) und schließlich durch ein zweites Tunnelbauteil (74) bewegt werden.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stabilisierungsdorn (78) vorgesehen ist, der mit einer Tunnelöffnung (76) des zweiten Tunnelbauteils (74) einen Ringraum (80) definiert, durch welchen die Schalen (24, 26) bewegt werden.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Behälter mit Einbauten ist, mit einem Einlass und einem Auslass und einem dazwischen liegenden, im Querschnitt zum Ein- und Auslass aufgeweiteten Abschnitt, wobei die Außen- und die Innenschale (24, 26) um die Einbauten herum positioniert und anschließend miteinander verbunden werden.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 26, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Vorrichtung eine Rohrstutzenverbindung ist, die auf einen einlass- und einen auslassseitigen zylindrischen Rohrstutzen (60, 62) positioniert und anschließend miteinander verbunden werden.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Abgasrohr eines Verbrennungsmotors ist, mit einer Außen- und einer Innenschale (24, 26), welche zunächst relativ zueinander positioniert und anschließend miteinander verbunden werden.
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