DE10112707C1 - Verfahren zur Herstellung eines Abgaskrümmers sowie nach diesem Verfahren hergestellter Abgaskrümmer - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines eine Mehrzahl von Abgaseintrittsöffnungen und mindestens eine Abgasaustrittsöffnung aufweisenden Abgaskrümmers, der eine aus mindestens zwei Teilschalen (3, 4, 5, 6) zusammengefügte Innenschale, welche innerhalb einer und unter zumindestens überwiegender Einhaltung eines Abstandes zu einer aus mindestens zwei Teilschalen (1, 2) zusammengefügten Außenschale angeordnet ist, umfaßt, weist folgende Schritte auf: DOLLAR A - Vorfertigen der Teilschalen (3, 4, 5, 6; 1, 2) der Innenschale und der Außenschale; DOLLAR A - Fixieren jeder Teilschale (3, 4; 5, 6) der Innenschale an einer Teilschale (1; 2) der Außenschale; DOLLAR A - Zusammenfügen der Außenschale aus den zugehörigen Teilschalen (1, 2) unter gleichzeitigem Zusammenfügen der Innenschale aus den zugehörigen Teilschalen (3, 4, 5, 6); DOLLAR A - Fixieren der Teilschalen (1, 2) der Außenschale zueinander unter Ausbildung einer gasdichten Naht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines eine Mehrzahl von Abgaseintrittsöff­ nungen und mindestens eine Abgasaustrittsöffnung auf­ weisenden Abgaskrümmers, der eine unter zumindest über­ wiegender Einhaltung eines Abstands innerhalb einer Au­ ßenschale angeordnete Innenschale umfaßt. Sie betrifft des weiteren einen Abgaskrümmer für einen Verbrennungs­ motor mit einer Mehrzahl von Abgaseintrittsöffnungen und mindestens einer Abgasaustrittsöffnung, umfassend eine Außenschale und eine innerhalb dieser unter zumin­ dest überwiegender Einhaltung eines Abstandes angeord­ neten Innenschale.

Durch sich laufend verändernde Anforderungen an Abgas­ krümmer für Verbrennungsmotoren hat sich in den zurück­ liegenden Jahren deren bevorzugte Bau- und Herstel­ lungsweise laufend verändert. Gebräuchlich waren zu­ nächst gegossene Krümmer. Im Rahmen der angestrebten Reduktion des Fahrzeuggewichts zur Kraftstoffeinsparung wurde allerdings deren vergleichsweise hohes Gewicht als nachteilig erkannt; die Entwicklung ging dann in Richtung auf gebaute Krümmer, vornehmlich in Form von Schalenkrümmern, die aus zwei miteinander verschweiß­ ten, aus Blech gefertigten Halbschalen zusammengefügt wurden (vergleiche z. B. EP 818616 A1; US 6,018,946 A und US 4,930,678 A). Im Rahmen der Ausrüstung von Kraftfahrzeugen mit katalytischen Abgasreinigungsvor­ richtungen bekam dann im Hinblick auf ein günstiges An­ springverhalten des Katalysators eine Reduktion der Wärmeverluste im Bereich des Abgaskrümmers Bedeutung. Dies resultierte in der Entwicklung zweischaliger Ab­ gaskrümmer mit einer Innenschale und einer Außenschale, wobei die Innenschale zumindest überwiegend, d. h. von einzelnen Berührungsflächen abgesehen, einen Abstand zur Außenschale einhält. Obwohl der durch jenen Abstand definierte Zwischenraum streng genommen regelmäßig mit Abgas gefüllt ist, werden derartige Krümmer landläufig als luftspaltisolierte (LSI-)Krümmer bezeichnet. Einen einschlägigen Stand der Technik bilden insoweit die EP 0717179 B1, die US 5,768,890 A sowie die EP 0955453 A2; auch die JP 07042547, die EP 0779418 A1 und die DE 43 39 290 A1 sind insoweit einschlägig. Zur Herstellung entsprechender LSI-Krümmer kommen Kombinationen ver­ schiedener Verfahren zum Einsatz. Sämtliche bekannten LSI-Krümmer lassen sich dabei allerdings unabhängig von der spezifischen Herstellungsweise nur mit einem ganz erheblichen Fertigungsaufwand herstellen.

Unabhängig von der vorstehen dargelegten Entwicklungs­ linie ist bereits vorgeschlagen worden (vergleiche DE 33 33 591 A1), einen Abgaskrümmer herzustellen, indem ei­ ne aus zwei miteinander verschweißten Halbschalen ge­ bildete Innenschale in eine ebenfalls aus zwei Halb­ schalen geformte Wärmedämmschale eingebettet wird, wel­ che ihrerseits anschließend in eine aus zwei Halbscha­ len bestehende Außenschale eingelegt wird, wobei die beiden Halbschalen der Außenschale abschließend mitein­ ander verschweißt werden. Hintergrund für diese Ent­ wicklung war eine angestrebte Reduktion der Wärmeab­ strahlung des Abgaskrümmers zur Verringerung der Wär­ meentwicklung in gekapselten Motorräumen. Jene Kapse­ lung der Motorräume war wiederum eine Maßnahme zur Verringerung des Luftwiderstands, die ihrerseits zu einer Reduktion des Kraftstoffverbrauchs beitragen sollte.

Die Zielsetzung der vorliegenden Erfindung besteht dar­ in, einen mit geringem Fertigungsaufwand kostengünstig herstellbaren LSI-Krümmer und ein zu dessen Herstellung geeignetes Verfahren zu finden. Bevorzugt soll dabei auch das Risiko, daß an den abgasführenden Teilen Schweißspritzer haften, welche beim Betrieb des Motors in die nachgeschalteten Komponenten der Abgasanlage ge­ langen und dort Schaden anrichten können, reduziert werden.

Gelöst wird diese Aufgabenstellung gemäß der vorliegen­ den Erfindung durch das in Anspruch 1 angegebene Ver­ fahren. Ein gemäß der vorliegenden Erfindung herge­ stellter Abgaskrümmer ist in Anspruch 3 angegeben. Für die vorliegende Erfindung ist es demnach von Bedeutung, daß sowohl die Außenschale wie auch die Innenschale aus jeweils mindestens zwei Teilschalen zusammengefügt wer­ den, wobei jede Teilschale der Innenschale vor dem Zu­ sammenfügen der Außenschale aus den zugehörigen Teil­ schalen an einer Teilschale der Außenschale fixiert wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird somit nicht zunächst die Innenschale zusammengefügt und anschlie­ ßend um diese herum die Außenschale zusammengefügt. Vielmehr werden infolge der Fixierung der Teilschalen der Innenschale an jeweils einer Teilschale der Außen­ schale die Innenschale und Außenschale gleichzeitig aus den zugehörigen Teilschalen zusammengefügt. Es entfällt auf diese Weise insbesondere der mit dem isolierten Zu­ sammenfügen der Innenschale aus den zugehörigen Teil­ schalen verbundene Aufwand. Zudem lassen sich, was sich ebenfalls kostenmindernd auswirkt, sämtliche Bauteile des erfindungsgemäßen Abgaskrümmers als kostengünstige Tiefziehteile ausführen.

Die zutreffende Positionierung der Teilschalen der In­ nenschalen in den zugeordneten Teilschalen der Außen­ schale erfolgt in aller Regel über eine (örtlich be­ grenzte) Anlage der Innenschale an der Außenschale in jenen Bereichen, wo das Abgas in die Innenschale ein­ tritt bzw. aus dieser austritt. In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, daß die vorliegende Erfindung keines­ falls zwingend voraussetzt, daß sich die Innenschale über die gesamte Ausdehnung der Außenschale erstreckt; vielmehr kann sich die Innenschale durchaus auch auf einen Teilbereich der Außenschale beschränken, etwa wie dies aus der EP 0717179 B1 (Fig. 1) bereits bekannt ist.

Zur Fixierung der Teilschalen der Innenschale an den zugeordneten Teilschalen der Außenschale vor dem Zusam­ menfügen der Außen- und der Innenschale eignet sich insbesondere eine Lochschweißung, wobei jede Schweißung von der Außenschale her im Bereich einer in der betref­ fenden Teilschale der Außenschale angeordneten Ausspa­ rung erfolgt. Mit einer derartigen Lochschweißung ist neben dem vergleichsweise geringen Aufwand der besonde­ re Vorteil verbunden, daß keine Schweißspritzer an die abgasführenden Oberflächen der Innenschale des Abgas­ krümmers gelangen können, so daß die Gefahr, daß abge­ löste Schweißspritzer nachgeschaltete Komponenten der Abgasanlage beschädigen, maßgeblich reduziert, wenn nicht gar vollständig ausgeschlossen wird.

Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsge­ mäßen Abgaskrümmers zeichnet sich dadurch aus, daß die mindestens eine Auslaßöffnung innerhalb einer Teilscha­ le der Außenschale angeordnet ist. Bei dieser Weiter­ bildung verläuft, mit anderen Worten, die Teilung der Außenschale nicht durch die Auslaßöffnung hindurch. Auch dies ist wiederum im Hinblick auf die Reduktion der Gefahr, daß nachgeschaltete Komponenten der Ab­ gasanlage durch abgelöste Schweißspritzer beschädigt werden, besonders günstig.

Unter denselben Gesichtspunkten ist es besonders vor­ teilhaft, wenn jede der Einlaßöffnungen des erfindungs­ gemäßen Abgaskrümmers innerhalb einer Teilschale der Außenschale angeordnet ist, d. h. die Teilung der Außen­ schale nicht durch die Einlaßöffnungen hindurch ver­ läuft. Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Er­ findung zeichnet sich dabei dadurch aus, daß sämtliche Einlaßöffnungen und die mindestens eine Auslaßöffnung in derselben Teilschale der Außenschale angeordnet sind.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist keineswegs zwingend, daß die Anzahl der Teilschalen der Innenscha­ le der Anzahl der Teilschalen der Außenschalen ent­ spricht. So kann beispielsweise, wie sich nachstehend im Rahmen der Beschreibung eines bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiels im Detail ergibt, bei einem Vier-in- Eins-Krümmer die Innenschale aus vier Teilschalen und die Außenschale aus zwei Teilschalen zusammengefügt sein. Ein vergleichbarer Aufbau des erfindungsgemäßen Abgaskrümmers wäre beispielsweise auch bei einer Vier- in-Zwei-Anordnung möglich.

Eine wiederum andere bevorzugte Weiterbildung des er­ findungsgemäßen Abgaskrümmers zeichnet sich dadurch aus, daß die einander gegenüberliegenden Teilschalen der Innenschale einander im Bereich der Trennebene überlappen. Auf diese Weise läßt sich ein relativ hohes Maß an Gasdichtheit der Innenschale erreichen. Beson­ ders bevorzugt ist dabei zumindest einer der einander überlappenden Randbereiche der einander gegenüberlie­ genden Teilschalen der Innenschalen abgeschrägt. Die sich hierdurch ergebenden Führungsschrägen begünstigen das paßgerechte Zusammenfügen der Teilschalen der In­ nenschale beim Fertigen des Abgaskrümmers.

Zur Unterstützung des Zusammenhalts der Teilschalen der Innenschale in dem fertig montierten Abgaskrümmer kön­ nen die einander gegenüberliegenden Teilschalen der In­ nenschale miteinander mittels einer Klemm-, Schnapp- oder Rastverbindung verbunden sein, welche beim Zusam­ menfügen der betreffenden Teilschalen der Innenschale verrastet.

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand ei­ nes in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbei­ spiels näher erläutert. Die Zeichnung veranschaulicht dabei einen Vier-in-Eins-Krümmer, dessen Außenschale aus zwei Teilschalen und dessen Innenschale aus vier Teilschalen zusammengefügt ist. Es zeigt

Fig. 1 in perspektivischer Ansicht schräg von oben die untere Teilschale der Außenschale;

Fig. 2 die Außenschale gemäß Fig. 1 mit zwei in diese eingelegten und an dieser fixierten Teilschalen der Innenschale und

Fig. 3 in perspektivischer Ansicht die untere und die obere Teilschale der Außenschale mit den je­ weils zwei an diesen fixierten Teilschalen der Innenschale unmittelbar vor dem Zusammenfügen der Innenschale und der Außenschale.

Fig. 4 veranschaulicht in perspektivischer Ansicht die zusammengefügte Innenschale des Abgaskrümmers gemäß den Fig. 1 bis 3.

Der in der Zeichnung wiedergegebene Abgaskrümmer umfaßt eine Außenschale, welche aus zwei Teilschalen 1, 2 zu­ sammengefügt wird, und eine Innenschale, welche aus insgesamt vier Teilschalen 3, 4, 5, 6 zusammengefügt wird. Es handelt sich um einen Vier-in-Eins-Krümmer mit vier Abgaseintrittsöffnungen 7 und einer Abgasaustrittsöff­ nung 8. Sämtliche vier Abgaseintrittsöffnungen 7 und die Abgasaustrittsöffnung 8 sind dabei vollständig in­ nerhalb der unteren Teilschale 1 der Außenschale ange­ ordnet. Den Abgaseintrittsöffnungen 7 sind dabei Abga­ seintrittsstutzen 9 zugeordnet; in entsprechender Weise ist der Abgasaustrittsöffnung 8 ein Abgasaustrittsstut­ zen 10 zugeordnet. Dies ermöglicht es, an die Außen­ schale des Krümmers eintrittsseitig und austrittsseitig Flansche anzuschweißen, die der Verbindung des Krümmers mit den benachbarten Bauteilen der Abgasanlage bzw. dem Zylinderkopf dienen.

Bei sämtlichen sechs Bauteilen des Abgaskrümmers han­ delt es sich um aus Blech hergestellte Tiefziehteile. Die Teilschalen 3, 4, 5 und 6 der Innenschale sind dabei aus einem hochwarmfesten Stahlblech gefertigt.

Im Rahmen der Fertigung des Abgaskrümmers werden die beiden Teilschalen 3 und 4 der Innenschale in die unte­ re Teilschale 1 der Außenschale eingelegt, wie dies in Fig. 2 veranschaulicht ist. Sie liegen dabei lediglich benachbart den Abgaseintrittsöffnungen 7 und der Abgasaustrittsöffnung 8 sowie im Bereich der beiden Ausspa­ rungen 11, die von wulstförmigen nach innen gerichteten Erhebungen umgeben sind, an der unteren Teilschale der Außenschale an; im übrigen halten die Teilschalen 3 und 4 der Innenschale zu der unteren Teilschale 1 der Au­ ßenschale einen Abstand ein, so daß sich eine "Luftspaltisolation" zwischen der Innenschale und der Außenschale ergibt. Die beiden Teilschalen 3 und 4 der Innenschale werden, nachdem Sie in die untere Teilscha­ le 1 der Außenschale eingelegt worden sind, mittels je­ weils einer Lochschweißung von der Außenseite der unte­ ren Teilschale 1 der Außenschale her mit dieser ver­ schweißt, wobei sich die entsprechenden Schweißnähte entlang der Aussparungen 11 erstrecken.

In entsprechender Weise werden die beiden Teilschalen 5 und 6 der Innenschale positionsgerecht mit der oberen Teilschale 2 der Außenschale verbunden, indem entspre­ chende Lochschweißungen durch die Aussparungen 12 der oberen Teilschale 2 der Außenschale hindurch ausgeführt werden.

Im nächsten Fertigungsschritt (vgl. Fig. 3) werden die beiden entsprechend vormontierten Baugruppen 13 und 14 aufeinandergesetzt. Dabei werden gleichzeitig die In­ nenschale wie auch die Außenschale aus den entsprechen­ den Teilschalen zusammengefügt. Abschließend werden die obere Teilschale 2 und die untere Teilschale 1 der Au­ ßenschale mittels einer umlaufenden Schweißnaht mitein­ ander verbunden, wobei die Außenschale mittels jener Schweißnaht gasdicht geschlossen wird. Demgegenüber ist die Innenschale nicht gasdicht ausgeführt. Das heißt, es kann durchaus durch entsprechende Schlitze und Spal­ te Abgas, daß durch die Abgaseintrittsöffnungen 7 in den Krümmer eintritt, in den Zwischenraum zwischen der Innenschale und der Außenschale gelangen. Jedoch ist der Gasaustausch in diesem Bereich so gering, daß die Wärmeabstrahlung an die Umgebung nur unwesentlich grö­ ßer ist verglichen mit solchen Abgaskrümmern, bei denen (auch) die Innenschale gasdicht ausgeführt ist.

In Fig. 4 sind im Detail veranschaulicht die Verhält­ nisse bei zusammengefügter Innenschale benachbart einer der Abgaseintrittsöffnungen 7. Erkennbar überlappen die einander gegenüberliegenden Teilschalen 3 und 5 der In­ nenschale einander randseitig. Dabei ist der Randbe­ reich 15 der unteren Teilschale 3 der Innenschale in dem Bereich der Überlappung mit der zugeordneten oberen Teilschale 5 der Innenschale nach außen hin abge­ schrägt. Auf diese Weise entstehen Führungsschrägen 16, welche beim Aufeinandersetzen der Baugruppen 13 und 14 das paßgerechte Zusammenfügen der einander gegenüber­ liegenden Teilschalen der Innenschale begünstigen bzw. unterstützen.

Claims (11)

1. Verfahren zur Herstellung eines eine Mehrzahl von Abgaseintrittsöffnungen (7) und mindestens eine Abgasaustrittsöffnung (8) aufweisenden Abgaskrüm­ mers, der eine aus mindestens zwei Teilschalen (3, 4, 5, 6) zusammengefügte Innenschale, welche in­ nerhalb einer und unter zumindest überwiegender Einhaltung eines Abstands zu einer aus mindestens zwei Teilschalen (1, 2) zusammengefügten Außenscha­ le angeordnet ist, umfaßt, mit den folgenden Schritten:

• - Vorfertigen der Teilschalen (3, 4, 5, 6; 1, 2) der Innenschale und der Außenschale;
• - Fixieren jeder Teilschale (3, 4; 5, 6) der Innen­ schale an einer Teilschale (1; 2) der Außenscha­ le;
• - Zusammenfügen der Außenschale aus den zugehöri­ gen Teilschalen (1, 2)unter gleichzeitigem Zu­ sammenfügen der Innenschale aus den zugehörigen Teilschalen (3, 4, 5, 6);
• - Fixieren der Teilschalen (1, 2) der Außenschale zueinander unter Ausbildung einer gasdichten Naht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilschalen (3, 4; 5, 6) der Innenschale an der zugeordneten Teilschale (1; 2) der Außenschale mittels einer Lochschweißung mit einer längs einer in der betreffenden Teilschale der Außenschale eingebrachten Aussparung (11; 12) gezogenen Schweißnaht fixiert werden.

3. Abgaskrümmer für einen Verbrennungsmotor mit einer Mehrzahl von Abgaseintrittsöffnungen (7) und min­ destens einer Abgasaustrittsöffnung (8), umfassend eine Außenschale und eine innerhalb dieser unter zumindest überwiegender Einhaltung eines Abstandes angeordneten Innenschale, wobei die Außenschale und die Innenschale jeweils aus mindestens zwei Teilschalen (1, 2; 3, 4, 5, 6) zusammengefügt sind, da­ durch gekennzeichnet, daß jede Teilschale (3, 4; 5, 6) der Innenschale mit einer Teilschale (1; 2) der Außenschale fest verbunden ist.

4. Abgaskrümmer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß jede Teilschale (3, 4; 5, 6) der Innenschale mit der zugeordneten Teilschale (1; 2) der Außen­ schale mittels einer von der Außenschale her vor­ genommenen Lochschweißung verbunden ist.

5. Abgaskrümmer nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Aus­ laßöffnung (8) innerhalb einer Teilschale (1) der Außenschale angeordnet ist.

6. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 3 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß jede der Einlaßöffnungen (7) innerhalb einer Teilschale (1) der Außenschale angeordnet ist.

7. Abgaskrümmer nach Anspruch 5 und Anspruch 6, da­ durch gekennzeichnet, daß sämtliche Einlaßöffnun­ gen (7) und die mindestens eine Auslaßöffnung (8) innerhalb derselben Teilschale (1) der Außenschale angeordnet sind.

8. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 3 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß bei einer Vier-in-Eins- Gestaltung die Innenschale aus vier Teilschalen (3, 4, 5, 6) und die Außenschale aus zwei Teilschalen (1, 2) zusammengefügt ist.

9. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 3 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die einander gegenüber­ liegenden Teilschalen (3, 5; 4, 6) der Innenschale einander randseitig überlappen.

10. Abgaskrümmer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß zumindest einer der einander überlappen­ den Randbereiche (15) der einander gegenüberlie­ genden Teilschalen (3, 5; 4, 6) der Innenschale zur Herstellung von Führungsschrägen (16) abgeschrägt ist.

11. Abgaskrümmer nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die einander gegenüber­ liegenden Teilschalen (3, 5; 4, 6) der Innenschale miteinander mittels einer Klemm-, Schnapp- oder Rastverbindung verbunden sind.