DE10149381A1

DE10149381A1 - Verfahren zur Herstellung eines Abzweigrohres

Info

Publication number: DE10149381A1
Application number: DE10149381A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Bien; Pierre Bonny; Michael Halves; Thomas Huelsberg; Uwe Kluesmann; Holger Nuhn; Ralf Puenjer; Olav Reinhardt; Dirk Riewert; Thorsten Sternal
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2001-10-06
Filing date: 2001-10-06
Publication date: 2003-05-08
Also published as: US20050028366A1; ES2239256T3; EP1434659A1; WO2003031091A1; KR20040048915A; KR100598228B1; EP1434659B1; DE50202581D1; ATE291502T1; JP2005508253A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Abzweigrohres. Um in einfacher Weise die prozesssichere Herstellung eines Abzweigrohres mit nahezu beliebiger Gestaltung des Abzweiges zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass aus einer Platine durch Tiefziehen eine längliche geradlinige Hauptwölbung und zumindest zwei von jeweils einer Längsseite der Hauptwölbung abzweigende bezüglich der im Platinenmaterial verlaufenden Mittenlängsachse der Hauptwölbung einander gegenüberliegende Seitenwölbungen spiegelsymmetrisch angeordneter Besislinie ausgeformt werden. Nach der Ausformung wird die Platine derart beschnitten, dass sich aus der Hauptwölbung ein wannenartiges in Längsrichtung offenes Schalenteil und aus den Seitenwölbungen an das Schalenteil anschließende, in der gleichen Ebene wie das Schalenteil liegende und in Erstreckungsrichtung offene Halbstutzen ausbilden, und dass sich außen an den seitlichen Rändern des Schalenteils und der Halbstutzen als Fügeflansche dienende Blechstreifen entlangerstrecken. Anschließend wird das Schalenteil um eine zur Mittenlängsachse parallele Raumachse gebogen, bis die einander auf beiden Seiten des Schalenteils entsprechenden Fügeflansche aneinander liegen, und danach werden die Fügeflansche miteinander verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Abzweigrohres.

Abzweigrohre werden gemeinhin aus miteinander verschweißten tiefgezogenen Halbschalen, einstückig aus Guss oder mittels Innenhochdruckumformen aus einem geradlinigen oder gebogenen Rohr hergestellt. Die erste Herstellungsweise erfordert einen erhöhten Handlingsaufwand, um die beiden Halbschalen zusammenzufügen. Außerdem sind zwei Formwerkzeuge erforderlich, wodurch die Fertigungstoleranzen der Einzelteile für den Fügevorgang entsprechend hoch sind, was diesen erschwert. Die Ausführung in Guss ist zwar vom Handling her erheblich leichter, jedoch ist zum einen ein Abzweigrohr aus Guss relativ schwer und zum anderen die Gestaltungsvielfalt des Abzweiges des zu erzeugenden Rohres hinsichtlich der Wandstärke erheblich eingeschränkt, da mit der Gusstechnik sehr dünne Wandungen prozesssicher nicht ausbildbar sind. Die Innenhochdruckumformtechnik erbringt hierzu zwar mehr Möglichkeiten, ihr sind jedoch auch Grenzen gesetzt, insbesondere was die Länge des Abzweiges anbetrifft. Des weiteren ist es - wenn es überhaupt möglich ist - aufgrund der verfahrensspezifischen Materialausdünnungen nur sehr schwierig und aufwendig, aus dünnwandigen Rohren Abzweige prozesssicher auszuformen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren aufzuzeigen, mittels dessen in einfacher Weise die prozesssichere Herstellung eines Abzweigrohres mit nahezu beliebiger Gestaltung des Abzweiges ermöglicht wird.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Aufgrund der einstückigen Ausbildung des Abzweigrohres ist das Handling für die Herstellung vereinfacht. Der Gesamtprozess der Herstellung zusammengesetzt aus Pressen, Schneiden, Biegen, Fügen ist ohne weiteres automatisierbar. Fertigungstoleranzen fallen für eine prozesssichere Herstellung praktisch nicht ins Gewicht. Dadurch, dass die Formgebung des Stutzens mittels Tiefziehen erfolgt, ist die Gestaltungsfreiheit für den Stutzen nach Form und Länge nahezu beliebig groß. Des weiteren kann auch die Wanddicke des Rohres stark reduziert werden, ohne dass die Prozesssicherheit davon beeinträchtigt werden würde. Dies ist zum einen günstig für den Leichtbau und zum anderen bei der Verwendung des Abzweigrohres im Abgasstrang eines Kraftfahrzeuges vorteilhaft für ein möglichst schnelles Anspringen des Katalysators, da die dünne Wandung nur eine geringe Wärmekapazität aufweist und somit relativ wenig Wärme dem Abgasstrom entzieht. Durch die Gestaltungsfreiheit ist die Ausbildung stark gekrümmter Abzweige möglich, wodurch in Verwendung beim Zusammenbau eines Abgaskrümmers dieser besser dem Bauraum des Motorraumes angepasst werden kann. Hinzu kommt, dass die Länge der Abzweige so dimensioniert werden können, dass kein Verbindungsrohr zum Eingangsflansch am Zylinderkopf mehr erforderlich ist. Weiterhin liegt die Fügenaht so, dass sie von dem heißen Abgas nicht direkt angeströmt wird, womit eine erhebliche Steigerung der Haltbarkeit des Abgaskrümmers einhergeht. Aufgrund der Lage der Fügenaht kann zumindest bei der Anwendung im Abgasstrang die Naht unterbrochen sein, da die Gasdichtheit aufgrund der sich im Schiebesitz mit Spiel anschließenden weiteren Abgasrohre ohnehin nicht vollständig gegeben ist, was die Herstellungsprozesszeiten minimiert und damit die Herstellung kostengünstiger macht.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles nachfolgend näher erläutert; dabei zeigt:
Fig. 1 in einer perspektivischen Draufsicht eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren tiefgezogene und beschnittene Platine,
Fig. 2 in einer perspektivischen Draufsicht ein aus der Platine von Fig. 1 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gebogenes und gefügtes Abzweigrohr.
In Fig. 1 ist eine Zwischenstufe eines Verfahrens zur Herstellung eines Abzweigrohres 1 dargestellt. Zu diesem wird anfangs eine Platine oder ein Blechabschnitt aus einem Coil verwendet, welche einem Tiefziehvorgang unterworfen wird. Durch das Tiefziehen werden aus der Platine eine längliche geradlinige Hauptwölbung und zwei Seitenwölbungen ausgeformt, welche letztere von jeweils einer Längsseite der Hauptwölbung abzweigen und bezüglich der im Platinenmaterial verlaufenden Mittenlängsachse 2 der Hauptwölbung einander gegenüberliegen. Die Seitenwölbungen sind hinsichtlich der Form ihrer Basislinie spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet. Die Basislinie bezeichnet dabei den Verlauf des Öffnungsrandes der Seitenwölbungen. Obwohl im gezeigten Ausführungsbeispiel die Seitenwölbungen der Form und Bemaßung nach - abgesehen von ihrer spiegelsymmetrischen Anordnung - völlig gleich sind, können die Seitenwölbungen auch je nach Wunsch des herzustellenden Abzweiges unterschiedlich tief sein.
Nach der Ausformung die Platine wird diese in verfahrensökonomischer Weise im Tiefziehwerkzeug mittels eines Stanzwerkzeuges oder außerhalb des Tiefziehwerkzeuges in einer Einspannvorrichtung mittels eines dreidimensional führbaren Schneidlasers beschnitten. Durch den Beschnitt ergibt sich zum einen ein wannenartiges Schalenteil 3, das aus der Hauptwölbung entsteht und in Längsrichtung offen ist. Das Schalenteil 3 ist in einer Draufsicht rechteckig ausgebildet. Es kann jedoch beispielsweise in eine oder beide Richtungen der Längserstreckung des Schalenteils 3 auch als gleichmäßiges Trapez ausgestaltet sein. An das Schalenteil 3 schließen sich in der gleichen Ebene liegende Halbstutzen 4 an, die aus den Seitenwölbungen resultieren. Die Halbstutzen 4 sind in Erstreckungsrichtung offen und jeweils als halber Kreiszylinder ausgebildet. Die Geometrie der geradlinig parallel verlaufenden Unterkanten 5 der Halbstutzen 4 kann jedoch auch völlig anders sein. So können diese beispielsweise gekrümmt oder geradlinig zueinander konvergierend ausgebildet sein. In letztem Falle besitzt der Halbstutzen 4 die Form eines Halbkonus. Die Halbstutzen 4 münden quasi in den von der Wölbung gebildeten Hohlraum 6 des Schalenteils 3. Des weiteren sind an dem Schalenteil 3 und den Halbstutzen 4 Blechstreifen 7 ausgeformt, die sich in der gleichen Ebene wie die Unterkanten 5 der Halbstutzen 4 und der Unterkanten 8 des Schalenteils 3 liegend außen an den seitlichen Rändern 9 des Schalenteils 3 und der Halbstutzen 4 entlangerstrecken. Die Blechstreifen 7 des Schalenteils 3 und der Halbstutzen 4 sind miteinander einstückig verbunden, können jedoch auch voneinander getrennt sein. Es ist auch kein zwangsläufiges Erfordernis, dass sich die Blechstreifen 7 vollflächig in der gleichen Ebene wie die Unterkanten 5 der Halbstutzen 4 und der Unterkanten 8 des Schalenteils 3 befinden müssen. Der Blechstreifen 7 muss für das Gelingen späterer Fügeoperationen auf jeden Fall von dieser Ebene ausgehen, wobei bei Abweichungen von oben genannten Ausbildung gleichzeitig die bezüglich der Mittenlängsachse 2 einander gegenüber liegenden Blechstreifen 7 formnegativ zueinander ausgebildet sein müssen. Dies ist dahingehend vorteilhaft, dass beim anschließenden Biegevorgang die Blechstreifen 7 formschlüssig ineinander greifen, was somit einen besseren Halt für die Fügeoperation und eine verbesserte Haltbarkeit der Fügenaht gewährleistet. Die Blechstreifen 7 dienen hierbei als Fügeflansche.
Anschließend wird in einem separaten Werkzeug über einen Biegedorn das Schalenteil 3 um eine zur Mittenlängsachse 2 parallele Raumachse 10 gebogen, einer Achse, die in einer das Schalenteil 3 entlang der Mittenlängsachse 2 in Normalenrichtung durchstoßenden Ebene liegt und von der Mittenlängsachse 2 beabstandet ist (Fig. 2). Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist liegt die Achse 10 um den Radius des durch das Biegen gebildeten kreiszylindrischen Hauptrohres 11 von der Mittenlängsachse 2 nach unten versetzt. Das Biegen erfolgt solange, bis die einander auf beiden Seiten 13, 14 des Schalenteils 3 entsprechenden Fügeflansche 7 vollflächig aneinander liegen. Dabei kommen jeweils für sich die Unterkanten 8 des Schalenteils 3 einerseits und die Unterkanten 5 der Halbstutzen 4 andererseits aufeinander zu liegen, wodurch aus dem Schalenteil 3 das besagte Hauptrohr 11 und aus den Halbstutzen 4 der Abzweigstutzen 12 gebildet wird, die gemeinsam ihrerseits das Abzweigrohr 1 bilden.
Schließlich werden in einem letzten Herstellungsschritt die Fügeflansche 7 miteinander verbunden. Dies kann durch Schweißen erfolgen, wobei durch die Lage der Fügenaht 15 und durch die Flächigkeit der Flansche 7 schnell, einfach und kostengünstig Punktschweißen eingesetzt werden kann. Durch die Ausbildung von Flanschen 7 wird erst ein mechanisches Fügen wie beispielsweise Durchsetzfügen möglich gemacht, was die Haltbarkeit der Fügenaht 15 erheblich begünstigt und bei wärmeempfindlichen Materialien von Vorteil ist. Des weiteren ist die Verwendung einer Klebetechnik bei nicht oder gering wärmebelasteten Einsatzzwecken wie beispielsweise im Sanitärbereich denkbar.
Die Blechstreifen 7 sind im vorliegenden Beispiel so ausgebildet, dass das Ende 16 des am Halbstutzen 4 entlanglaufenden Blechstreifens 7 bezüglich des Öffnungsrandes 17 des Halbstutzens 4 zurückgezogen liegt. Gleiches gilt auch für ein Ende 18 des Schalenteils 3. Hierbei wird gewährleistet, dass das Abzweigrohr 1 ungehindert einfache Steckverbindungen mit weiteren Rohren oder Anschlüssen eingehen kann. Beispielsweise im Abgasstrang kann ber Abzweigstutzen 12 in einfacher Weise mit dem Eingangsflansch des Zylinderkopfes zusammengesteckt und gegebenenfalls mit dem Flansch verschweißt werden, während das Hauptrohr 11 mit einem weiteren Rohr eines Abgaskrümmers im Schiebesitz verbunden werden kann. Zur Bildung eines luftspaltisolierten Abgaskrümmers kann das Abzweigrohr 1 als Innenteil mit den entsprechenden Stutzen der Außenschale steckverbunden und verschweißt werden.
Die erfindungsgemäße Lösung ist im übrigen nicht auf die Ausbildung eines einzigen Abzweigstutzens 12 beschränkt. Bei längeren Schalenteilen 3 ist im Tiefziehprozess durchaus die Ausformung mehrerer Seitenwölbungen bzw. Halbstutzen 4 möglich, die dann nach Abschluss des Herstellungsverfahrens Abzweigstutzen 12 bilden. Diese können bezüglich Form und Länge je nach Anforderung an die räumlichen und/oder strömungstechnischen Gegebenheiten untereinander gleich oder verschieden ausgebildet sein.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Abzweigrohres (1), wobei
aus einer Platine durch Tiefziehen eine längliche geradlinige Hauptwölbung und zumindest zwei von den Längsseiten der Hauptwölbung abzweigende bezüglich der im Platinenmaterial verlaufenden Mittenlängsachse (2) der Hauptwölbung einander gegenüberliegende Seitenwölbungen spiegelsymmetrisch angeordneter Basislinie ausgeformt werden,
nach der Ausformung die Platine derart beschnitten wird, dass sich aus der Hauptwölbung ein wannenartiges in Längsrichtung offenes Schalenteil (3) und aus den Seitenwölbungen an das Schalenteil (3) anschließende, in der gleichen Ebene wie das Schalenteil (3) liegende und in Erstreckungsrichtung offene Halbstutzen (4) ausbilden, und dass sich außen an den seitlichen Rändern (9) des Schalenteils (3) und der Halbstutzen (4) als Fügeflansche dienende Blechstreifen (7) entlangerstrecken,
anschließend das Schalenteil (3) um eine zur Mittenlängsachse (2) parallele Raumachse gebogen wird, bis die einander auf beiden Seiten (13, 14) des Schalenteils (3) entsprechenden Fügeflansche (7) aneinander liegen,
danach die Fügeflansche (7) miteinander verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende (16) des am Halbstutzen (4) entlanglaufenden Blechstreifens (7) bezüglich des Öffnungsrandes (17) des Halbstutzens (4) zurückgezogen liegt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügeflansche (7) durch Schweißen, Kleben oder Durchsetzfügen miteinander verbunden werden.