DE10338382B4

DE10338382B4 - Krümmer für eine Brennkraftmaschine und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE10338382B4
Application number: DE2003138382
Authority: DE
Inventors: Uwe Winter; Luis Hoeks; Arianus Johannes Franciscus Hoefnagels
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2003-08-21
Filing date: 2003-08-21
Publication date: 2008-07-31
Anticipated expiration: 2023-08-22
Also published as: DE10338382A1

Abstract

Krümmer zur Montage an einem Aus- oder Einlass einer Brennkraftmaschine, mit einem Flansch (1) und einem mit dem Flansch (1) durch Einfügen in eine einteilig mit dem Flansch (1) geformte Stützhülse (3) zusammengefügten Rohr (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Stützhülse (3) aus einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Durchgangsöffnung (2) benachbarten Laschen (9) gebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Krümmer zur Montage an einem Aus- oder Einlass einer Brennkraftmaschine. Derartige Krümmer dienen zum Zuführen von Luft-Kraftstoffgemisch bzw. zum Ableiten der bei der Verbrennung des Gemisches entstehenden Abgase. Die Krümmer, insbesondere die am Auslass montierten, sind erheblichen thermischen Belastungen ausgesetzt; sie können im Laufe des Betriebs der Brennkraftmaschine Temperaturen in der Größenordnung von 1000°C erreichen.
Derartige Krümmer wurden lange Zeit als Gussteile gefertigt. In den letzten Jahren hat es zunehmende Bemühungen gegeben, derartige Krümmer mit Hilfe von Fügetechniken zu realisieren. Diese Techniken erlauben es prinzipiell, vergleichsweise geringe Wandstärken für den an der Brennkraftmaschine zu montierenden Flansch des Krümmers in der Größenordnung von 3 oder sogar nur 1,5 mm zu verwenden, doch haben sich mit so dünnen Flanschflächen gefertigte Krümmer bislang als für den Feldeinsatz nur beschränkt geeignet erwiesen. Die hohen thermischen Belastungen führen zu Deformationen der dünnwandigen Flansche, in deren Folge es an der Verbindung vom Flansch zum Krümmerrohr zu Undichtigkeiten und anderen Dauerhaltbarkeitsproblemen kommen kann.
Ein gefügter Krümmer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus EP 0178 430 bekannt. DE 197 21 092 C1 lehrt einen Krümmer, bei dem eine Stützhülse und ein Flansch miteinander verschweißt sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen in Fügetechnik aus dünnwandigem Material realisierbaren Krümmer anzugeben, der eine für den Feldeinsatz ausreichende Dauerbelastbarkeit aufweist.
Eine weitere Aufgabe ist, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Krümmers anzugeben.
Die Aufgabe wird zum einen gelöst durch einen Krümmer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und zum anderen durch ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Um die gewünschte Stabilität zu erreichen, genügt für die Hülse eine geringere Wandstärke als für den Flansch. Insbesondere kann die Wandstärke des Flansches 4 mm oder weniger, vorzugsweise ca. 3 mm, und die der Hülse 3 mm oder weniger, vorzugsweise ca. 2 mm, betragen.
Einer besonders bevorzugten Ausgestaltung zufolge weist die Hülse wenigstens zwei Abschnitte auf, darunter einen dem Flansch benachbarten, mit dem Rohr formschlüssigen Abschnitt, der das Rohr in seiner Ausrichtung in Bezug auf den Flansch fixiert, und einen zu einem freien Ende der Hülse hin divergenten Abschnitt, der es dem Rohr ermöglicht, Hebelmomenten, die auf den Krümmer einwirken, ein Stück weit nachzugeben, und der das Rohr dabei abstützt. Der Öffnungswinkel des divergenten Abschnitts liegt zweckmäßigerweise zwischen 2 und 10°, bevorzugt bei ca. 50°.
Vorteilhaft ist auch, dass der divergente Abschnitt in einem Schnitt senkrecht zur Ebene des Flansches eine Krümmung aufweist. Dies ermöglicht es dem Rohr, wenn es sich unter einem Hebelmoment verformt, sich über eine mit zunehmendem Hebelmoment anwachsende Länge an den divergenten Abschnitt anzuschmiegen, so dass die aus dem Hebelmoment resultierende Beanspruchung des Rohrs sich über die gesamte abgestützte Länge verteilt. Ein Krümmungsradius von 3 bis 10 mm ist hier für angemessen
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
Es zeigen:
1 Ansichten und Schnitte eines nicht erfindungsgemäßen Krümmers in verschiedenen Phasen seiner Herstellung;
2 Ansichten und Schnitte eines erfindungsgemäßen Krümmers in verschiedenen Phasen seiner Herstellung.
Das in 1 veranschaulichte Herstellungsverfahren geht aus von einem in 1a in Seitensicht gezeigten Stück Walzblech mit einer Stärke von ca. 5 mm. Das Blechstück ist vorgesehen, um den Flansch 1 des fertigen Krümmers zu bilden.
1b zeigt der Flansch 1 in einer Draufsicht, nach dem Ausstanzen einer nieren- oder achtförmigen Durchgangsöffnung 2. Die Gestalt der Durchgangsöffnung 2 ist angepasst an den Umriss einer Austrittsöffnung der Brennkraftmaschine (nicht gezeigt), an der der Flansch 1 montiert werden soll; der freie Querschnitt der Durchgangsöffnung 2 ist allerdings geringfügig größer als der der Austrittsöffnung.
In einem anschließenden Schritt des Verfahrens wird in die Durchgangsöffnung 2 eine Hülse 3 eingepresst. Der Querschnitt der Hülse 3 muss sehr exakt an die Form der Durchgangsöffnung 2 angeglichen sein; wünschenswert ist, auf dem gesamten Umfang der Durchgangsöffnung 2 Kontakt zwischen deren Rand und der Hülse 3 zu haben. Auch die Eindringtiefe der Hülse 3 in die Durchgangsöffnung 2 muss exakt eingestellt sein; damit bei einem späteren Schweißen die Schweißnaht innerhalb der Dicke des Flansches 1 zu liegen kommt, darf die Hülse 3 den Flansch 1 nicht auf seiner gesamten Dicke durchqueren. Das Ergebnis ist in 1c gezeigt.
Anschließend wird die Hülse 3 von ihrem von dem Flansch 1 abgewandten Ende aus geringfügig radial aufgeweitet, so dass an der Hülse 3 zwei Abschnitte entstehen, ein an den Flansch 1 angrenzender Abschnitt 4, in dem die Wände der Hülse 3 parallel zur Oberflächennormalen des Flansches 1 ausgerichtet sind, und einen von dem Flansch 1 abgewandten Abschnitt 5, in welchem die Seitenwände der Hülse 3 vom Flansch 1 fort geringfügig divergieren. Der Winkel zwischen der Oberflächennormalen des Flansches 1 und der Innenfläche der Hülse nimmt über den Abschnitt 5 hinweg vom Flansch 1 fort zu und kann am vom Flansch 1 abgewandten Rand der Hülse 3 einen Wert zwischen 2° und 10°, vorzugsweise ca. 5°, erreichen. Der über die Länge des Abschnitts 5 hinweg zunehmende Winkel entspricht einem Krümmungsradius von ca. 3 bis 10 mm.
Der aufgeweitete Abschnitt 5 erleichtert zum einen das Einstecken eines Rohrs 6 in die Hülse 3, wie in 1d gezeigt, zum anderen bewirkt er beim fertigen Krümmer eine Verteilung von Biegebeanspruchungen über eine nicht verschwindende Länge des Rohrs 6 und damit eine verbesserte Haltbarkeit des Krümmers.
In einem letzten Schritt der Herstellung des Krümmers werden, wie in 1e gezeigt, das Rohr 6 und die Hülse 3 in einem einzigen Schweißvorgang durch eine gemeinsame Schweißnaht 7 mit dem Flansch 1 verbunden.
Ausgangspunkt des in 2 gezeigten Herstellungsverfahrens ist ein ebenes Blechstück, das den Flansch 1 des Krümmers bilden soll, wie auch im Verfahren der 1. Die Stärke des Flansches 1 kann beim Verfahren der 2 geringer sein als bei dem der 1; es genügt eine Stärke von nicht mehr als ca. 3 mm.
In den Flansch 1 wird die in 2b in Draufsicht gezeigte Durchgangsöffnung 2 gestanzt. Die Durchgangsöffnung 2 hat hier die Form zweier miteinander verschmelzender Kreise, von denen jeweils radial orientierte Schlitze 8 ausgehen. Die Durchgangsöffnung 2 und die Schlitze 8 begrenzen jeweils drei Seiten von die Durchgangsöffnung 2 auf ihrem gesamten Umfang umgebenden Laschen 9. Durch Umbiegen der Laschen 9 entlang der sie mit dem Flansch 1 verbindenden Grundlinien, z. B. mit Hilfe eines Lehrdorns, wird die in 2c gezeigte Form erhalten, bei der die aus der Ebene des Flansches 1 heraus abgewinkelten Laschen 9 einen Ansatz einer Hülse 3 bilden.
In einem nächsten Schritt werden, wie in 2d gezeigt, die Laschen 9 flach gedrückt und dabei in die Länge gezogen, um eine Hülse 3 mit einer Wandstärke von ca. 1,5 mm zu erhalten. Gleichzeitig wird ein freies Ende jeder Lasche 9 geringfügig nach außen abgebogen, so dass, wie beim Ausführungsbeispiel der 1, die Hülse 3 einen an den Flansch 1 angrenzenden, parallel zu dessen Oberflächennormaler orientierten Abschnitt 4 und einen divergenten Abschnitt 5 aufweist. Öffnungswinkel oder Krümmungsradius des divergenten Abschnitts 5 sind die gleichen wie bei der ersten Ausgestaltung.
Im nächsten Schritt wird ein Rohr 6 mit exakt an den freien Querschnitt der Hülse 3 angepasstem Querschnitt in die Hülse 3 eingefügt und innerhalb der Dicke des Flansches 1 mit diesem verschweißt. Da bei dieser Ausgestaltung die Hülse 3 bereits vor dem Schweißen fest mit dem Flansch zusammenhängt, kann die Schweißnaht 7 hier schmaler gehalten werden als bei der ersten Ausgestaltung. Dementsprechend ist auch die Eindringtiefe der Schweißnaht in das Material des Flansches 1 und des Rohrs 6 geringer als bei der ersten Ausgestaltung, und der Schweißprozess ist auch dann gut beherrschbar, wenn eine geringere Wandstärke für den Flansch 1 verwendet wird.

Claims

Krümmer zur Montage an einem Aus- oder Einlass einer Brennkraftmaschine, mit einem Flansch (1) und einem mit dem Flansch (1) durch Einfügen in eine einteilig mit dem Flansch (1) geformte Stützhülse (3) zusammengefügten Rohr (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Stützhülse (3) aus einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Durchgangsöffnung (2) benachbarten Laschen (9) gebildet ist.
Krümmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke der Hülse (3) geringer ist als die des Flansches (1).
Krümmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Flansches (1) 4 mm oder weniger beträgt.
Krümmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke der Stützhülse (3) 3 mm oder weniger beträgt.
Krümmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützhülse (3) einen dem Flansch (1) benachbarten, mit dem Rohr (6) formschlüssigen Abschnitt (4) und einen von dem Flansch beabstandeten, zu einem freien Ende hin divergenten Abschnitt (5) umfasst.
Krümmer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der divergente Abschnitt (5) einen Öffnungshalbwinkel von 2 bis 10° aufweist.
Krümmer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der divergente Abschnitt (5) in einem Schnitt senkrecht zur Ebene des Flansches (1) eine Krümmung aufweist.
Krümmer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung des divergenten Abschnitts (5) einen Krümmungsradius von 3 bis 10 mm aufweist.
Verfahren zum Herstellen eines Krümmers für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Krümmers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten: a) Bilden einer Öffnung (2) mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Öffnung (2) benachbarten Laschen (9) in einem Blech, das vorgesehen ist, um einen Flansch (1) des Krümmers zu bilden, b) Erzeugen einer die Öffnung (2) umgebenden Stützhülse (3) aus den Laschen (9), c) Einfügen eines Rohrs (6) des Krümmers in die Stützhülse (3).