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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 insgesamt zwei Schalen, 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.
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Vorzugsweise verlaufen die Längsränder der Außenschale zueinander überlappungsfrei. Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat gemäß dieser Ausführungsform 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.
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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.
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Die Außen- und die Innenschale sind vorzugsweise aus einem Metallblech.
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Die Krümmung der Außen- und der Innenschale sollten im Überlappungsbereich zueinander angepasst sein, sodass die Innenschale vollflächig mit ihrer radialen Außenseite an der Außenschale anliegt.
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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.
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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.
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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.
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Natürlich kann auch eine Innenschale verwendet werden, die eine ähnlich große oder sogar größere Umfangslänge hat wie die Außenschale.
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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, insbesondere 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.
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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.
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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.
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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 Störkante 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.
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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.
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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.
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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.
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Die Außenschale sollte wenigstens 90% des Außenumfangs des Gehäuses bilden.
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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.
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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 Längsränder 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.
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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 Innenseite nahe der Längsränder der Außenschale vorzusehen, sodass nicht der gesamte Überlappungsbereich der Schalen mit Lot verbunden ist.
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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).
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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.
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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 Abgasrohren.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Taktzeiten des sogenannten Canning-Prozesses zum Schließen des Außengehäuses werden von über 30 sec. auf unter 7 sec. reduziert.
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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.
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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.
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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:
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1 eine Längsschnittansicht durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2 eine Querschnittsansicht durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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3 eine Querschnittsansicht durch eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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4 eine Radialansicht auf die Vorrichtungen nach 2 und 3 im Bereich der Längsränder,
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5 eine perspektivische Querschnittsansicht durch ein Werkzeug zur Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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6 aufeinanderfolgende Verfahrensschritte zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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7 eine Längsschnittansicht durch eine als Rohrstutzenverbindung ausgeführte erfindungsgemäße Vorrichtung,
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8 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung nach 7, und
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9 eine stirnseitige Ansicht einer als Abgasrohr ausgebildeten erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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In 1 ist eine in einem Kraftfahrzeug untergebrachte, Abgas führende Vorrichtung 10 dargestellt. Die Vorrichtung 10 kann eine Abgasreinigungsvorrichtung, 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.
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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 Beschichtung besteht. Das Substrat 14 ist von einer Lagermatte 16 umgeben, die ein elastisches Ausgleichselement zwischen dem Substrat 14 und einem Außengehäuse 18 aus Blech bildet.
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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.
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Stromaufwärts und stromabwärts sind mit dem Außengehäuse 18 ein Einströmtrichter 20 und ein Ausströmtrichter 22 verbunden.
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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.
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Das Außengehäuse 18 ist dünnwandig ausgeführt und wird im Folgenden näher erläutert.
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In 2 ist in einem Querschnitt der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu sehen. Das Außengehäuse 18 besteht aus zwei 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.
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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.
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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.
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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.
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Die Außenschale 24 besteht ebenso wie die Innenschale 26 aus einem gleichmäßig dünnen Blech.
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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.
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Die Außenschale 24 sollte um insbesondere den Faktor 1,3 dicker sein als die Innenschale 26.
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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.
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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.
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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.
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Alternativ oder zusätzlich hierzu kann die Außenschale 24 aus einem anderen Werkstoff als die Innenschale 26 bestehen, insbesondere aus einem hochwertigeren, zum Beispiel korrosionsbeständigeren Werkstoff.
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Die beiden Schalen 24, 26 sind im Bereich der Längsränder 28 miteinander stoffschlüssig verbunden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 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.
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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.
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Die Ausführungsform nach 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.
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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 Innenschale 26. Auch hier verläuft die Außenschale 24 C-förmig fast komplett um die innen liegenden Teile herum.
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Alternativ zur Ausführungsform nach 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 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 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 2 gleichmäßiger.
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Bezüglich Dicken, Materialien und Erstreckungen der Außen- und Innenschale 24, 26 gilt bezüglich 3 das zu 2 Gesagte. Das betrifft auch die Verbindung der beiden aus Blechen bestehenden Schalen 24, 26 durch Stoffschluss. Der Spalt 32 wird auch hier mit Lot 36 zumindest ausgekleidet, vorzugsweise gefüllt.
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Die Längsränder 28 können linear verlaufen oder miteinander verzahnt sein, wie 4 zeigt. In 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.
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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.
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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.
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Beispiele für eine solche maßgeschneiderte Herstellung sind in der
WO 2007/115667 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.
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Im Folgenden wird das Herstellungsverfahren für die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand 6 beschrieben.
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Die beiden 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 (6a).
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In das Werkzeug (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 (6a).
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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 (6b und 6c).
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Sobald die endgültige Position (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 (6c).
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Anschließend wird die vorgefertigte Vorrichtung aus dem Werkzeug durch einen Durchlaufofen 52 (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 (6d). Die beiden Schalen 24, 26 werden damit stoffschlüssig verbunden. Eine Wärmequelle 54 im Durchlaufofen 52 ist ebenfalls in den 6d und 6e dargestellt.
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Bei den bisher gezeigten Ausführungsformen werden die Außen- und die Innenschale 24 bzw. 26 um die Einbauten herum positioniert und anschließend miteinander verbunden.
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Bei der Ausführungsform nach den 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.
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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 5 aufgebracht werden.
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Ferner könnten die gegenüberliegenden Längsränder der Schalen 24 und/oder 26 auch ineinandergreifende Vorsprünge haben, wie zuvor erläutert.
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Die Schalen 24, 26 werden dann miteinander stoffschlüssig am Spalt der Außenschale 24 verbunden. Ferner können die Schalen 24, 26 auch noch ein einem oder beiden Stutzen 60, 62 stoffschlüssig verbunden werden, z. B. durch Löten oder Schweißen.
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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.
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Das Verlöten der Schalen 24, 26 kann z. B. dadurch erfolgen, dass auf der Innenseite der Außenschale 24 und der Außenschale 26 jeweils eine Lotfolie durch Punktschweißen befestigt ist. Die Folien schmelzen bei Wärmeeinwirkung und verbinden die Schalen 24, 26.
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Die Ausführungsform nach 9 zeicht ein Abgasrohr eines Verbrennungsmotors, das aus zwei Schalen 24, 26 zusammengesetzt ist. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist zwischen den Längsrändern 30 der Innenschale 24 kein Spalt oder nur ein so geringer Spalt, dass er durch das Lot oder die Schweißnaht komplett geschlossen ist. Alternativ oder zusätzlich ist auch kein Spalt zwischen den Längsrändern 28 der Außenschale vorhanden.
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Beide Schalen sollten in sich keine überlappenden Ränder haben. Auch bei dieser Ausführungsform ist es von Vorteil, Anbauteile ähnlich wie im Zusammenhang mit 1 das Befestigungsteil 100 zu befestigen.
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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.
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Für alle Ausführungsformen gilt, dass Lot auf verschiedenste Weisen aufgebracht werden kann: flüssig, durch Aufdrucken, durch Befestigen von Lotfolien usw.
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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 Außenumfangs wie die Innenschale 26 bilden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2001/0055551 A1 [0003]
- DE 102004042078 A1 [0004]
- WO 2007/115667 A1 [0082]
- DE 102006049238 A1 [0082]