-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befestigen eines metallischen Rohrs in einer Öffnung eines Kunststoffgehäuses in einem Abgasstrang eines Fahrzeugs, einen Abgasstrang sowie ein Fahrzeug.
-
In einem Abgasstrang eines Fahrzeugs werden vermehrt Komponenten aus Kunststoff eingesetzt, um einen leichten Abgasstrang zu realisieren.
-
Allerdings ist die Befestigung von metallischen Komponenten an Komponenten aus Kunststoff eine besondere Herausforderung.
-
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine einfache, sichere Befestigung eines metallischen Rohrs an einer Komponente aus Kunststoff zu ermöglichen.
-
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Befestigen eines metallischen Rohrs in einer Öffnung eines Kunststoffgehäuses in einem Abgasstrang eines Fahrzeugs. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- a) Bereitstellen eines Kunststoffgehäuses, das eine durch eine geschlossen umlaufende Umfangswand definierte Öffnung mit einer zumindest abschnittsweise umfangsmäßig umlaufenden, radial nach innen offenen Sicke hat, und eines metallischen Rohrs, das zumindest in einem Befestigungsabschnitt einen kleineren Querschnitt aufweist als der Querschnitt der Öffnung,
- b) Anordnen des Rohrs innerhalb der Öffnung des Kunststoffgehäuses, wobei der Befestigungsabschnitt axial im Bereich der Sicke positioniert wird, und, anschließend
- c) plastisches Aufweiten des Rohrs im Bereich des Befestigungsabschnitts derart, dass eine nach außen vorspringende Erhebung am Rohr in die Sicke eingreift, sodass das Rohr in axialer Richtung durch Formschluss an der Umfangswand befestigt wird.
-
Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, ein metallisches Rohr in einem Kunststoffgehäuse durch plastisches Aufweiten des Rohrs von innen formschlüssig zu befestigen. Dabei wird das metallische Rohr mittels einer nach außen vorspringenden Erhebung in einer Sicke des Kunststoffgehäuses in axialer Richtung formschlüssig befestigt. Auf diese Weise kann auf eine Wärmebehandlung zum Befestigen des Rohrs verzichtet werden und das metallische Rohr kann mit einfachen Mitteln und schnell an dem Kunststoffgehäuse befestigt werden.
-
Das Kunststoffgehäuse bildet dabei insbesondere eine Lautsprecherbox.
-
Vorhergehend und nachfolgend beziehen sich radiale und axiale Richtungsangaben auf die Mittelachse der Öffnung des Kunststoffgehäuses bzw. des Rohrs.
-
Die Sicke in der Umfangswand des Kunststoffgehäuses und die vorspringende Erhebung des Rohrs können umfangsmäßig geschlossen sein. Auf diese Weise ist das metallische Rohr in einem großen Bereich formschlüssig am Kunststoffgehäuse befestigt.
-
Ein Aspekt der Erfindung sieht vor, dass vor dem Anordnen des Rohrs im Kunststoffgehäuse die äußere Erhebung erzeugt wird. Auf diese Weise kann das Rohr in einer bestimmten relativen Position zum Kunststoffgehäuse positioniert werden und die Erhebung kann vorab exakt an die Sicke angepasst sein, ohne dass werkzeugseitig das Kunststoffgehäuse im Weg ist.
-
Mit anderen Worten ist die Erhebung ein Vorsprung am Rohr, insbesondere ein ringförmig umlaufender Vorsprung. Das heißt, das Rohr wird insgesamt im Bereich des zuvor hergestellten Vorsprungs aufgeweitet, sodass dieser in die Sicke wandert.
-
Alternativ kann die Erhebung durch das plastische Aufweiten des Rohrs im Schritt c) gebildet werden, sodass das Rohr nur sehr lokal verformt wird.
-
Die Erhebung wird also stets durch eine Ausformung des Rohrs gebildet.
-
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Verfahren den folgenden weiteren Schritt auf:
- d) Befestigen eines dem Kunststoffgehäuse abgewandten Endes des Rohrs an einem abgasdurchströmten Teil derart, dass das Kunststoffgehäuse fluidisch über das Rohr mit dem abgasdurchströmten Teil verbunden ist.
-
Üblicherweise erfolgt eine Vorbefestigung des Rohrs am Kunststoffgehäuse zur Erzeugung einer vormontierten Einheit, sodass das Kunststoffgehäuse während der Fertigstellung des Abgasstrangs einfach über das Rohr am Rest des Abgasstrangs befestigt werden kann. Insbesondere wird somit ein einfaches Austauschen des Kunststoffgehäuses ermöglicht.
-
Das Rohr wird dabei insbesondere durch Schweißen an dem abgasdurchströmten Teil des Abgasstrangs befestigt.
-
Im Allgemeinen ist es auch denkbar, dass das Rohr bereits ein abgasdurchströmtes Teil des Abgasstrangs ist, sodass das Kunststoffgehäuse direkt an dem abgasdurchströmten Teil des Abgasstrangs befestigt wird.
-
Zum Aufweiten des Rohrs kann ein Presswerkzeug in das Rohr eingesetzt werden, das während des Aufweitens eine radial nach außen wirkende Kraft auf das Rohr ausübt. Auf diese Weise wird das Rohr gleichmäßig aufgeweitet.
-
Das Presswerkzeug kann einen nach außen vorstehenden Vorsprung aufweisen, um die Erhebung an dem Rohr während des plastischen Aufweitens des Rohrs zu bilden.
-
Um ein mechanisches Aufweiten zu ermöglichen, kann das Presswerkzeug in axialer Richtung eine konische Öffnung aufweisen. In die Öffnung kann dann ein Spanndorn eingeführt werden, der den Vorsprung in radialer Richtung nach außen beaufschlagt.
-
In einer Ausgestaltung der Erfindung greift beim Aufweiten des Befestigungsabschnittes des Rohrs außenseitig am Rohr zusätzlich ein Stützwerkzeug an einem Abschnitt des Rohrs an, der außerhalb des Kunststoffgehäuses liegt. Das Rohr weist dabei in diesem Abschnitt einen größeren Querschnitt auf als im Befestigungsabschnitt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das Rohr nur im Befestigungsabschnitt aufgeweitet wird. Eine radial nach außen wirkende Kraft auf den Abschnitt des Rohrs, an dem das Stützwerkzeug anliegt, drückt den entsprechenden Abschnitt dann nur gegen das Stützwerkzeug, ohne das Rohr in diesem Abschnitt aufzuweiten.
-
Beispielweise umgibt das Stützwerkzeug das Rohr komplett längs des Umfangs.
-
Um eine bestimmte Positionierung des Stützwerkzeugs relativ zu dem Presswerkzeug sicherzustellen, kann das Presswerkzeug einen radialen Fortsatz aufweisen, der in axialer Richtung am Stützwerkzeug anliegt und als Axialanschlag wirkt.
-
In einer Ausgestaltung der Erfindung werden in der Umfangswand mehrere axial beabstandete zumindest abschnittsweise umfangsmäßig umlaufende Sicken bereitgestellt und während des Aufweitens des Rohrs dringen mehrere beabstandete nach außen vorspringende Erhebungen in ihre jeweils zugeordnete Sicke ein. Somit wird das Rohr in mehreren Bereichen formschlüssig mit dem Kunststoffgehäuse verbunden, sodass eine sehr stabile Verbindung geschaffen wird.
-
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner durch einen Abgasstrang für ein Fahrzeug gelöst. Der Abgasstrang hat ein einstückiges metallisches Rohr und ein Kunststoffgehäuse. Das Kunststoffgehäuse weist eine Öffnung auf, die durch eine umfangsmäßig geschlossene Umfangswand definiert ist. Dabei hat die Umfangswand eine zumindest abschnittsweise umfangsmäßig umlaufende Sicke. Das metallische Rohr weist einen Befestigungsabschnitt mit einer nach außen vorspringenden Erhebung auf, die in die Sicke der Öffnung eingreift, so dass das Rohr in axialer Richtung durch Formschluss am Kunststoffgehäuse befestigt ist.
-
Mit anderen Worten wird das metallische Rohr über die Erhebung in einer entsprechenden Sicke der Öffnung durch Formschluss befestigt. Auf diese Weise wird eine einfache Befestigung des metallischen Rohrs in der Öffnung des Kunststoffgehäuses ermöglicht.
-
Das Kunststoffgehäuse ist insbesondere einstückig ausgebildet.
-
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Kunststoffgehäuse eine Lautsprecherbox aus Kunststoff. Dadurch lässt sich der Resonanzraum der Lautsprecherbox einfach an die Spezifikationen des Abgasstrangs anpassen.
-
Beispielsweise ist der Abgasstrang mit einem zuvor erläuterten Verfahren hergestellt, sodass sich für den Abgasstrang auch die Merkmale und Vorteile des zuvor beschriebenen Verfahrens ergeben und umgekehrt.
-
Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß gelöst durch ein Fahrzeug mit einem zuvor beschriebenen Abgasstrang. Die Merkmale und Vorteile, die zum Abgasstrang diskutiert wurden, gelten gleichermaßen auch für das Fahrzeug und umgekehrt.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen, auf die im Folgenden Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs,
- - 2 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Abgasstrangs gemäß 1,
- - 3 einen Längsschnitt durch ein Rohr und ein Kunststoffgehäuse des Abgasstrangs gemäß 2,
- - 4 eine perspektivische Explosionsansicht des zum Befestigen des Rohrs an dem Kunststoffgehäuse verwendeten Werkzeugs,
- - 5 einen Längsschnitt durch das Rohr und das Kunststoffgehäuse gemäß 3 mit dem Werkzeug gemäß 4,
- - 6 einen Längsschnitt durch das Kunststoffgehäuse und das Rohr gemäß den 3 und 5 im befestigten Zustand, und
- - 7 einen Längsschnitt durch das Kunststoffgehäuse gemäß 3 und eine weitere Ausgestaltung eines Rohrs während des Befestigungsvorgangs des Rohrs am Kunststoffgehäuse.
-
1 zeigt ein Fahrzeug 10 in einer schematischen Seitenansicht.
-
Das Fahrzeug 10 hat einen Verbrennungsmotor 12 und einen Abgasstrang 14. Über einen Auspuff 16 des Abgasstrangs 14 werden die im Verbrennungsmotor 12 entstehenden Verbrennungsgase nach außen transportiert.
-
2 zeigt eine Draufsicht auch einen Ausschnitt des Abgasstrangs 14 gemäß 1.
-
Der Abgasstrang 14 umfasst eine Abgasrohrleitung, die aus mehreren Rohren zusammengesetzt ist, wobei ein stromabwärtiges Rohr das Bezugszeichen 17 trägt. Stromaufwärts dieses Rohrs 17 ist ein Anschlussteil, im Folgenden abgasdurchströmtes Teil 22 genannt, angeschlossen. Stromaufwärts dieses abgasdurchströmten Teils 22 ist dann ein weiteres Rohr an das Teil 22 fluidisch angeschlossen. Das abgasdurchströmte Teil 22 dient dazu, Schall von einer aktiven Schallquelle in Form eines Lautsprechers in den Abgasstrom einzukoppeln. Aus diesem Grund hat das abgasdurchströmte Teil 22 eine vom eigentlichen Abgasstrang abgehende Leitung 23, an die ein Rohr 20 angekoppelt ist. Das Rohr 20 wiederum steht fluidisch mit einem Kunststoffgehäuse 18 in Verbindung, sodass das Innere des Kunststoffgehäuses 18 fluidisch zum Rohr 17 offen ist.
-
Im Kunststoffgehäuse, welches als Resonator dient, ist ein nicht gezeigter Lautsprecher untergebracht, der mit einer Steuerung gekoppelt ist.
-
Es können also entsprechende, von dem Lautsprecher erzeugte Schallwellen über das Rohr 20 in den abgasdurchströmten Teil 22 eingekoppelt werden, um den Schall der Verbrennungsgase des Verbrennungsmotors 12 mittels Interferenz zu reduzieren, auszulöschen oder zu verändern.
-
3 zeigt einen Längsschnitt durch das Rohr 20 und einen Teil des Kunststoffgehäuses 18. Dabei sind das Rohr 20 und das Kunststoffgehäuse 18 noch separat voneinander gezeigt, das heißt vor der Befestigung des Rohrs 20 an dem Kunststoffgehäuse 18.
-
Außerdem ist das Rohr 20 in zwei verschiedenen Positionen dargestellt. In der ersten Position ist das Rohr 20 mit durchgezogenen Linien dargestellt und in der zweiten Position mit gestrichelt dargestellten Linien.
-
Das Rohr 20 weist endseitig einen Befestigungsabschnitt 28 auf, an dem das Rohr 20 zwei bereits durch Umformen hergestellte, nach außen vorspringende Erhebungen 30 hat.
-
In der Ausführungsform der 3 verlaufen die Erhebungen 30 geschlossen ringförmig längs der Außenwand des Rohrs 20. Jede Erhebung 30 ist dabei rotationssymmetrisch zu einer Mittelachse 32 des Rohrs 20 ausgebildet und die zwei Erhebungen 30 sind bezogen auf die Mittelachse 32 axial voneinander beabstandet.
-
Ferner zeigt die 3, dass das Rohr 20 im Bereich des Befestigungsabschnitts 28 einen geringeren Innendurchmesser 34 aufweist als in einem dem Befestigungsabschnitt 28 entfernten, zum Beispiel entgegengesetzten Ende 35 des Rohrs 20. In 3 ist dies durch die Pfeile mit dem Bezugszeichen 34 dargestellt.
-
Mit anderen Worten hat das Rohr 20 an dem Ende, das dem Kunststoffgehäuse 18 nahe ist, einen geringeren Innendurchmesser 34 als an dem Ende 35, das dem Kunststoffgehäuse 18 abgewandt ist.
-
Das Kunststoffgehäuse 18 hat außenseitig eine Öffnung 36, die durch eine geschlossen umlaufende Umfangswand 38 definiert ist.
-
In der Umfangswand 38 sind zwei Sicken 40 vorgesehen, die bezogen auf die Mittelachse 32 umfangsmäßig umlaufend und radial nach innen offen sind.
-
Mit anderen Worten sind die Sicken 40 zur Mittelachse 32 hin offen.
-
Ferner sind die Sicken 40 in axialer Richtung zueinander beabstandet.
-
Genauer gesagt weisen die Sicken 40 axial denselben Abstand zueinander auf wie die Erhebungen 30.
-
Das Rohr 20 ist in der Öffnung 36 des Kunststoffgehäuses 18 befestigt. Zur Befestigung des Rohrs 20 in der Öffnung 36 des Kunststoffgehäuses 18 ist ein Verfahren vorgesehen, das im Folgenden anhand der 3 bis 6 erläutert wird.
-
In einem ersten Verfahrensschritt werden sowohl das Rohr 20 als auch das Kunststoffgehäuse 18 bereitgestellt. Das Rohr 20 wird mit seinem Befestigungsabschnitt in die Öffnung 36 eingeführt.
-
In der 3 sind sowohl die Öffnung 36 als auch das Rohr 20 mit einem runden Querschnitt dargestellt. Dementsprechend ist der Außendurchmesser des Rohrs 20 kleiner als der Innendurchmesser der Öffnung 36.
-
Im Allgemeinen sind auch eckige, ovale oder beliebige Querschnitte für die Öffnung 36 und das Rohr 20 denkbar.
-
Das Rohr 20 wird innerhalb der Öffnung 36 so angeordnet, dass die Erhebungen 30 des Rohrs 20 axial im Bereich der Sicken 40 der Umfangswand 38 positioniert sind, wie in 3 mit gestrichelt dargestellten Linien gezeigt.
-
Anschließend oder zuvor wird ein Stützwerkzeug 42 von außen auf das Rohr 20 aufgeschoben und dann wird ein Presswerkzeug 44 in das Innere des Rohrs 20 eingesetzt. Das Stützwerkzeug 42 und das Presswerkzeug 44 sind dabei in einer perspektivischen Seitenansicht in 4 gezeigt.
-
Das Stützwerkzeug 42 umfasst zum Beispiel kegelige Spannbacken, die eine Öffnung 46 definieren, deren Querschnitt dem Querschnitt des Rohrs 20 im Bereich des Endes 35 entsprechen kann. Die Spannbacken 43 lassen sich mehr oder weniger tief in einen nicht gezeigten Gegenkonus einschieben, sodass die Spannbacken von außen gegen die Außenseite des Rohrs 20 drücken.
-
In der Ausgestaltung der 3 bis 6 weist das Rohr 20 im Bereich des Endes 35 denselben Querschnitt auf wie die Öffnung 36 des Kunststoffgehäuses 18 in einem Bereich, in dem keine Sicke 40 ist, sodass der Querschnitt der Öffnung 46 des Stützwerkzeugs 42 dem Querschnitt der Öffnung 36 entspricht und größer als der im Befestigungsabschnitt 28 ist.
-
Das Presswerkzeug 44 hat ebenfalls Backen 48, die radial nach außen gedrückt werden können. Dies ist in 4 durch entsprechende Pfeile dargestellt.
-
Außerdem weist das Presswerkzeug 44 einen Stützabschnitt 49 auf, der als radialer Fortsatz an den Backen 48 angeformt ist.
-
5 zeigt in einem Längsschnitt das Rohr 20, das in die Öffnung 36 des Kunststoffgehäuses 18 eingesetzt ist, und die Anordnung des Stützwerkzeugs 42 und des Presswerkzeugs 44 an bzw. in dem Rohr 20.
-
Das Presswerkzeug 44 liegt mit dem Stützabschnitt 49 an einer Stirnseite des Stützwerkzeugs 42 an, sodass das Stützwerkzeug 42 über den Stützabschnitt 49 gegen das Kunststoffgehäuse 18 gedrückt wird. Auf diese Weise wird eine axiale Positionierung von Stützwerkzeug 42 und Presswerkzeug 44 sichergestellt.
-
Außerdem wird das Rohr 20 über den Stützabschnitt 49 relativ zu der Öffnung 36 positioniert, denn es liegt axial am Stützabschnitt 49 an.
-
In einem nächsten Verfahrensschritt wird das Rohr 20 im Bereich des Befestigungsabschnitts 28 aufgeweitet. Hierzu weist das Presswerkzeug 44 ferner einen konischen Spanndorn 50 auf, der in eine innenseitig der Backen 48 definierte konische Öffnung 52 eingeführt wird, wodurch die Backen 48 radial nach außen gedrückt werden.
-
Da die Erhebungen 30 des Rohrs 20 im Bereich der Sicken 40 der Öffnung 36 angeordnet sind, werden die Erhebungen 30 durch das plastische Aufweiten des Rohrs 20 in die entsprechenden Sicken 40 gedrückt. Dies ist in 6 gezeigt, die das an der Umfangswand 38 des Kunststoffgehäuses 18 befestigte Rohr 20 in einem Längsschnitt zeigt.
-
Der Abschluss des Aufweitens wird erreicht, wenn die Backen 48 auch gegen die Innenseite des Rohrs 20 im Abschnitt mit größerem Querschnitt anliegen, der wiederum gegen den Stützabschnitt 49 drückt, sodass auf Block gefahren wird.
-
Der Querschnitt der Erhebungen 30 ist vorzugsweise außenseitig komplementär oder etwas größer als der der Sicken 40.
-
Das Rohr 20 ist dadurch durch Formschluss in axialer Richtung an der Umfangswand 38 der Öffnung 36 befestigt.
-
Nach der Befestigung entspricht der Innendurchmesser 34 des Rohrs 20 im Bereich des Befestigungsabschnitts 28 dem Innendurchmesser 34 des Rohrs 20 am entgegengesetzten Ende 35 des Rohrs 20.
-
In einem nächsten Verfahrensschritt wird das dem Kunststoffgehäuse 18 abgewandte Ende 35 an dem abgasdurchströmten Teil 22 des Abgasstrangs 14 befestigt, beispielsweise durch Schweißen.
-
Anhand der 3 bis 6 wurde vorhergehend erläutert, wie Kunststoffkomponenten (z. B. das Kunststoffgehäuse 18) in den Abgasstrang 14 des Fahrzeugs 10 integriert werden können. Auf diese Weise wird eine höhere Flexibilität bei der Gestaltung des Abgasstrangs 14 ermöglicht und das Verfahren ermöglicht eine einfache und schnelle Befestigung des Rohrs 20 in dem Kunststoffgehäuse 18.
-
7 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Rohrs 20 und des Presswerkzeugs 44 in einem Längsschnitt entsprechend der 5. Die Ausgestaltung entspricht dabei im Wesentlichen der vorhergehend ausgeführten Ausgestaltung, sodass im Folgenden lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird.
-
Im Unterschied zu der Ausgestaltung der 3 bis 6 weist das Rohr 20 im Befestigungsabschnitt 28 keine nach außen vorspringenden Erhebungen 30 auf.
-
Stattdessen hat das Presswerkzeug 44 entsprechende nach außen vorspringende Erhebungen 56, sodass die Erhebungen 30 des Rohrs 20 erst während des Aufweitens des Rohrs 20 gebildet werden.
-
In den Ausgestaltungen der 3 bis 7 sind die Sicken 40 und die Erhebungen 30 umfangsmäßig umlaufend und es sind jeweils zwei Sicken 40 bzw. Erhebungen 30 vorgesehen, die axial voneinander beabstandet sind.
-
Es ist auch denkbar, dass die Sicken 40 bzw. die Erhebungen 30 umfangsmäßig nicht umlaufen.
-
Außerdem kann auch nur eine Sicke 40 bzw. eine Erhebung 30 oder es können mehr als zwei Sicken 40 bzw. mehr als zwei Erhebungen 30 vorgesehen sein.
