EP0765994B1 - Abgaskrümmer - Google Patents

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EP0765994B1
EP0765994B1 EP95115307A EP95115307A EP0765994B1 EP 0765994 B1 EP0765994 B1 EP 0765994B1 EP 95115307 A EP95115307 A EP 95115307A EP 95115307 A EP95115307 A EP 95115307A EP 0765994 B1 EP0765994 B1 EP 0765994B1
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EP
European Patent Office
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exhaust manifold
bending
channel
manifold
thigh
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EP95115307A
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Inventor
Jürgen KLEINSCHMIDT
Andreas Fritz
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Benteler Deustchland GmbH
Original Assignee
Benteler Deustchland GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/08—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits
    • F01N13/10—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits of exhaust manifolds

Definitions

  • the invention relates to an exhaust manifold according to the features in the preamble of claim 1.
  • exhaust manifolds are also part of the state of the Technology by punching, bending and welding sheet metal are formed. These are so-called Half-shell manifold. Each bowl is one of one Sheet steel stamped board ahead, which is then under half of the inflow channels and the outflow channel be deformed. The two shells will then to form the manifold housing with its edges placed on top of each other and then along the edges welded. Ultimately, a head flange becomes on the inflow side and a pipe flange on the outlet side Welding attached.
  • Such an exhaust manifold is e.g. out EP-A-0 582 985.
  • the head flange serves to attach the exhaust manifold to the engine block while the pipe flange for the connection of the exhaust gases Exhaust pipe is provided.
  • the invention is based on the prior art Task to create an exhaust manifold that formed by punching, bending and welding sheet metal is, however, a lower manufacturing cost with improved Exhaust gas routing required.
  • the essential aspect of the invention is in that the housing of the exhaust manifold is now complete is made from a single board. For this is to provide only one follow-up tool, which initially the board is stamped from a steel sheet and this board then formed into the manifold housing.
  • the manifold housing points both with regard to the inflow channels and the outflow channel one resulting from the bending geometry Cross section on.
  • the particular advantage of the invention lies in the comparison to the well-known half-shell manifold significantly cheaper Construction with significantly less Weld length. Exhaust gas routing can now also be targeted be optimized. As a result of the cheaper Construction is also with reduced use of materials Weight of the exhaust manifold has been reduced. Its firmness is nevertheless larger because the weld seam length is reduced has been.
  • the inflow channels and the outflow channel have a rectangular cross section. Cross sections that differ from one another are also conceivable. Furthermore, the inflow channels and / or the outflow channel have a U-shaped cross section.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention is seen in the features of claim 3. After that are some baffles bent in a V-shape with the predominant part of their longitudinal edges in carrier slots the circuit board bent to the manifold housing and welded along the carrier slots.
  • the V-shape of the baffles enables the corresponding Curvature of the side walls an optimal fluidic Design of the inflow channels with a corresponding one Transition into the outflow channel.
  • the exhaust manifold 1 in Figures 1, 3 and 4 is an exhaust manifold for called a six-cylinder engine.
  • the exhaust manifold 1 comprises a manifold housing 2, a head flange 3 on the multi-channel inflow side and one at right angles to the head flange 3 extending pipe flange 4 on the single-channel Outflow side.
  • the exhaust manifold 1 Baffles 5, 6, 7 on that together with the manifold housing 2 three inflow channels 8, 9, 10 and one outflow channel 11 form.
  • the inflow channels 8, 9, 10 are in alignment adapted recesses 12, 13, 14 in the head flange 3, while the outflow channel 11 with a recess 15 in Pipe flange 4 is aligned.
  • a blank 16 is stamped from a steel sheet.
  • the board 16 has one of three web sections 17, 18, 19 existing central web wall 20 and laterally the leg sections 17, 18, 19 lying leg walls 21, 22 or 23, 24 or 25, 26.
  • the leg walls 21-24 are with starting from the thigh margins 27-30 Carrier slots 31-38 provided.
  • leg walls 21-26 are then around the bend lines 39, 40 at an angle ⁇ of 90 ° to the web sections 17, 18, 19 folded.
  • the longitudinal edges 41 are rounded ( Figure 4).
  • leg walls 23 and 24 together with the web section 18 by the between the two Web sections 17, 18 bending line 42 folded so far, that the leg edges 43, 44 of the leg walls 23, 24 to the leg edges 45, 46 of the leg walls 21, 22 come across.
  • the manifold housing 2 already has the configuration according to FIGS. 1, 3 and 4.
  • the baffle 5 is curved in an arc and is curved with the Leg edges 53 of the leg walls 21, 22 welded, which the leg edges 27, 28 of the leg walls 21, 22 connect to the U-shaped end edge 54.
  • the other two illustrated in FIGS. 5 and 6 stretched Baffles 6, 7 each consist of three Surface sections 55, 56, 57 and 58, 59, 60, respectively middle surface sections 56, 59 narrower than the outer Surface sections 55, 57 and 58, 60 are dimensioned.
  • the width B of the outer surface sections 55, 57 and 58, 60 corresponds to the outer width B1 of the manifold housing 2, while the width B2 of the middle surface sections 56, 59 of the inner width B3 of the manifold housing 2 corresponds ( Figures 1 and 4).
  • the guide plates 6, 7 corresponding to the carrier slots 31, 33 or 32, 34 or 35, 37 or 36, 38 in the leg walls 21-24 curved and bent into a V-shape and then with their edges 61, 62 or 63, 64 or 65, 66 and 67, 68 of the outer surface sections 55, 57, 58, 60 inserted into the carrier slots 31-38.
  • the V-shaped middle surface sections 56, 59 only spacer elements between the leg walls 21 and 22 or 23 and 24.
  • 70 is in dash-dotted lines still indicated that the inflow channels 8, 9 and 10th and / or the outflow channel 11 also has a U-shaped cross section can have.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgaskrümmer (1) für Kraftfahrzeugmotoren. Der Abgaskrümmer (1) ist durch Stanzen, Biegen und Schweißen von Blechen (16; 5-7) gebildet. Er besitzt an der mehrkanaligen Einströmseite einen Kopfflansch (3) und an der einkanaligen Ausströmseite einen sich zum Kopfflansch (3) rechtwinklig erstreckenden Rohrflansch (4). Die Einströmkanäle (8-10) und der Ausströmkanal (11) sind durch Stanzen und Biegen nur einer Platine (16) sowie durch Einschweißen gestanzter und gebogener Leitbleche (5-7) gebildet. Die Kanäle (8-11) können einen rechteckigen oder U-förmigen Querschnitt aufweisen. Die V-förmig gebogenen Leitbleche (6, 7) sind mit dem überwiegenden Teil ihrer Längskanten (61-68) in Trägerschlitze (31-38) des Krümmergehäuses (2) eingesetzt und entlang der Trägerschlitze (31-38) verschweißt. <IMAGE> <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgaskrümmer gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bislang werden Abgaskrümmer für Kraftfahrzeugmotoren in der überwiegenden Mehrzahl aus Stahlguß gefertigt. Hiermit ist zwangsläufig ein hohes Gewicht verbunden, was dann ebenso folgerichtig zu einem hohen Gesamtgewicht der Kraftfahrzeuge führt. Außerdem ist die Wärmekapazität von dickwandigen Abgaskrümmern hoch. Ein derartiger Abgaskrümmer ist z.B. aus der DE-A-38 15 408 bekannt.
Es zählen aber auch schon Abgaskrümmer zum Stand der Technik, die durch Stanzen, Biegen und Schweißen von Blechen gebildet sind. Hierbei handelt es sich um sogenannte Halbschalenkrümmer. Jede Schale setzt eine aus einem Stahlblech gestanzte Platine voraus, die anschließend unter hälftigem Ausprägen der Einströmkanäle sowie des Ausströmkanals verformt werden. Die beiden Schalen werden dann zur Bildung des Krümmergehäuses mit ihren Kanten aufeinander gelegt und anschließend entlang der Kanten verschweißt. Letztlich werden einströmseitig ein Kopfflansch und ausströmseitig ein Rohrflansch durch Schweißen befestigt. Ein derartiger Abgaskrümmer ist z.B. aus der EP-A-0 582 985 bekannt.
Es liegt auf der Hand, daß die Fertigung eines solchen Abgaskrümmers mit einem relativ hohen Aufwand verbunden ist. Jede Schale erfordert ein eigenes Stanz- und Prägewerkzeug, wobei die bogenförmig gekrümmten Wände der Einströmkanäle und des dazu sich rechtwinklig erstreckenden Ausströmkanals einen zusätzlichen Aufwand bedeuten. Die Schweißnähte sind vergleichsweise lang und insbesondere zwischen den beiden außenliegenden Einströmkanälen kompliziert herzustellen.
Nach dem Schweißen werden an die mehrkanalige Einströmseite der Kopfflansch und an die einkanalige Ausströmseite der Rohrflansch geschweißt. Der Kopfflansch dient zur Befestigung des Abgaskrümmers am Motorblock, während der Rohrflansch zum Anschluß des die Abgase weiterleitenden Auspuffrohrs vorgesehen ist.
Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, einen Abgaskrümmer zu schaffen, der durch Stanzen, Biegen und Schweißen von Blechen gebildet ist, jedoch einen geringeren Herstellungsaufwand bei verbesserter Abgasführung benötigt.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.
Der wesentliche Gesichtspunkt der Erfindung besteht darin, daß das Gehäuse des Abgaskrümmers nunmehr komplett aus einer einzigen Platine hergestellt wird. Hierfür ist nur ein Folgewerkzeug bereitzustellen, welches zunächst die Platine aus einem Stahlblech stanzt und diese Platine dann zum Krümmergehäuse umformt. Das Krümmergehäuse weist sowohl bezüglich der Einströmkänale als auch des Ausströmkanals einen aus der Biegegeometrie resultierenden Querschnitt auf.
Nach dem Biegen des Krümmergehäuses werden die in Abhängigkeit von der Anzahl der Einströmkanäle in einem parallelen Werkzeug gefertigten Leitbleche in das Krümmergehäuse eingesetzt und mit diesem verschweißt.
Der besondere Vorteil der Erfindung liegt in der im Vergleich zu dem bekannten Halbschalenkrümmer deutlich kostengünstigeren Bauweise bei erheblich geringerer Schweißnahtlänge. Auch kann jetzt die Abgasführung gezielt optimiert werden. Infolge der kostengünstigeren Bauweise ist bei vermindertem Materialeinsatz auch das Gewicht des Abgaskrümmers reduziert worden. Seine Festigkeit ist dennoch größer, da die Schweißnahtlänge verringert worden ist.
Nach Anspruch 2 können die Einströmkanäle und der Ausströmkanal einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Denkbar sind auch voneinander abweichende Querschnitte. Ferner können die Einströmkanäle und/oder der Ausströmkanal einen U-förmigen Querschnitt haben.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird in den Merkmalen des Anspruchs 3 erblickt. Danach sind einige Leitbleche V-förmig gebogen, mit dem überwiegenden Teil ihrer Längskanten in Trägerschlitze der zum Krümmergehäuse gebogenen Platine eingesetzt und entlang der Trägerschlitze verschweißt.
Die V-Form der Leitbleche ermöglicht bei entsprechender Krümmung der Seitenwände eine optimale strömungstechnische Gestaltung der Einströmkanäle mit einem entsprechenden Übergang in den Ausströmkanal. Schweißarbeiten sind problemlos von außen durchzuführen und mit keinem besonderen Aufwand verbunden.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1
in perspektivischer Explosionsdarstellung einen Abgaskrümmer;
Figur 2
in der Draufsicht eine aus einem Stahlblech gestanzte Platine vor dem Biegen zu einem Krümmergehäuse;
Figur 3
den Abgaskrümmer der Figur 1 in der Seitenansicht;
Figur 4
einen Querschnitt durch die Darstellung der Figur 3 entlang der Linie IV-IV;
Figur 5
eine ausgestanzte Platine für ein Leitblech des Abgaskrümmers der Figuren 1 und 3 und
Figur 6
in der Draufsicht eine weitere ausgestanzte Platine für ein Leitblech des Abgaskrümmers der Figuren 1 und 3.
Mit 1 ist in den Figuren 1, 3 und 4 ein Abgaskrümmer für einen Sechszylindermotor bezeichnet. Der Abgaskrümmer 1 umfaßt ein Krümmergehäuse 2, einen Kopfflansch 3 an der mehrkanaligen Einströmseite und einen sich rechtwinklig zum Kopfflansch 3 erstreckenden Rohrflansch 4 an der einkanaligen Ausströmseite. Ferner weist der Abgaskrümmer 1 Leitbleche 5, 6, 7 auf, die zusammen mit dem Krümmergehäuse 2 drei Einströmkanäle 8, 9, 10 und einen Ausströmkanal 11 bilden. Die Einströmkanäle 8, 9, 10 fluchten mit angepaßten Aussparungen 12, 13, 14 in dem Kopfflansch 3, während der Ausströmkanal 11 mit einer Aussparung 15 im Rohrflansch 4 fluchtet.
Im Kopfflansch 3 sind Bohrungen 69 zur Festlegung des Abgaskrümmers 1 an einem Motorblock vorgesehen.
Bei der Herstellung des Krümmergehäuses 2 wird zunächst gemäß Figur 2 aus einem Stahlblech eine Platine 16 gestanzt. Die Platine 16 weist eine aus drei Stegabschnitten 17, 18, 19 bestehende zentrale Stegwand 20 und seitlich der Stegabschnitte 17, 18, 19 liegende Schenkelwände 21, 22 bzw. 23, 24 bzw. 25, 26 auf. Die Schenkelwände 21-24 sind mit von den Schenkelrändern 27-30 ausgehenden Trägerschlitzen 31-38 versehen.
Die Schenkelwände 21-26 werden anschließend um die Biegelinien 39, 40 im Winkel α von 90° zu den Stegabschnitten 17, 18, 19 abgekantet. Die Längskanten 41 sind gerundet (Figur 4).
Daraufhin werden die Schenkelwände 23 und 24 zusammen mit dem Stegabschnitt 18 um die zwischen den beiden Stegabschnitten 17, 18 liegende Biegelinie 42 so weit abgekantet, daß die Schenkelränder 43, 44 der Schenkelwände 23, 24 an die Schenkelränder 45, 46 der Schenkelwände 21, 22 stoßen.
Parallel hierzu oder in einem voraufgehenden bzw. nachfolgenden Biegevorgang werden auch die Schenkelwände 25, 26 und der Stegabschnitt 19 um die zwischen den beiden Stegabschnitten 18, 19 liegende Biegelinie 47 so weit abgekantet, daß die Schenkelränder 48, 49 der Schenkelwände 25, 26 stirnseitig an die Schenkelränder 50, 51 der Schenkelwände 23, 24 stoßen.
Um einen einwandfreien Biegevorgang zu gewährleisten, sind in den Schnittpunkten der Biegelinie 39 mit den Schenkelrändern 43, 45 bzw. den Schenkelrändern 48, 50 und in den Schnittpunkten der Biegelinie 40 mit den Schenkelrändern 44, 46 bzw. 49, 51 kreisrunde Aussparungen 52 vorgesehen.
Das Krümmergehäuse 2 hat nunmehr bereits die Konfiguration gemäß den Figuren 1, 3 und 4.
Unabhängig vom Stanzen und Biegen des Krümmergehäuses 2 werden die drei Leitbleche 5, 6 und 7 erzeugt. Das Leitblech 5 ist bogenförmig gekrümmt und wird mit den gekrümmten Schenkelrändern 53 der Schenkelwände 21, 22 verschweißt, welche die Schenkelränder 27, 28 der Schenkelwände 21, 22 mit dem U-förmigen Stirnrand 54 verbinden.
Die beiden anderen in den Figuren 5 und 6 gestreckt veranschaulichten Leitbleche 6, 7 bestehen jeweils aus drei Flächenabschnitten 55, 56, 57 bzw. 58, 59, 60, wobei die mittleren Flächenabschnitte 56, 59 schmaler als die äußeren Flächenabschnitte 55, 57 bzw. 58, 60 bemessen sind. Die Breite B der äußeren Flächenabschnitte 55, 57 bzw. 58, 60 entspricht der äußeren Breite B1 des Krümmergehäuses 2, während die Breite B2 der mittleren Flächenabschnitte 56, 59 der inneren Breite B3 des Krümmergehäuses 2 entspricht (Figuren 1 und 4).
Wie die Figuren 1 und 3 ferner erkennen lassen, werden die Leitbleche 6, 7 entsprechend den Trägerschlitzen 31, 33 bzw. 32, 34 bzw. 35, 37 bzw. 36, 38 in den Schenkelwänden 21-24 gekrümmt sowie V-förmig gebogen und anschließend mit ihren Kanten 61, 62 bzw. 63, 64 bzw. 65, 66 bzw. 67, 68 der äußeren Flächenabschnitte 55, 57, 58, 60 in die Trägerschlitze 31-38 eingesetzt. Hierbei bilden dann die V-förmig gestalteten mittleren Flächenabschnitte 56, 59 lediglich Distanzelemente zwischen den Schenkelwänden 21 und 22 bzw. 23 und 24.
Nunmehr werden die Kanten 61, 62 bzw. 63, 64 bzw. 65, 66 bzw. 67, 68 der breiteren Flächenabschnitte 55, 57, 58, 60 der Leitbleche 6, 7 von außen in den Trägerschlitzen 31-38 verschweißt.
Desweiteren werden die aneinanderstoßenden Schenkelränder 43, 45 bzw. 44, 46 bzw. 48, 50 bzw. 49, 51 der Schenkelwände 23, 21 bzw, 24, 22 bzw. 25, 23 bzw. 26, 24 miteinander verschweißt.
Nach dem Verschweißen werden der gesondert hergestellte Kopfflansch 3 und der Rohrflansch 4 stirnseitig der Einströmkanäle 8, 9, 10 sowie stirnseitig des Ausströmkanals 11 angeschweißt. Es liegt dann der fertige Abgaskrümmer 1 gemäß den Figuren 1, 3 und 4 vor.
In der Figur 4 ist in strichpunktierter Linienführung 70 noch angedeutet, daß die Einströmkanäle 8, 9 und 10 und/oder der Ausströmkanal 11 auch einen U-förmigen Querschnitt aufweisen können.
Bezugszeichenaufstellung
1 -
Abgaskrümmer
2 -
Krümmergehäuse
3 -
Kopfflansch
4 -
Rohrflansch
5 -
Leitblech
6 -
Leitblech
7 -
Leitblech
8 -
Einströmkanal
9 -
Einströmkanal
10 -
Einströmkanal
11 -
Ausströmkanal
12 -
Aussparung in 3
13 -
Aussparung in 3
14 -
Aussparung in 3
15 -
Aussparung in 4
16 -
Platine
17 -
Stegabschnitt
18 -
Stegabschnitt
19 -
Stegabschnitt
20 -
Stegwand
21 -
Schenkelwand
22 -
Schenkelwand
23 -
Schenkelwand
24 -
Schenkelwand
25 -
Schenkelwand
26 -
Schenkelwand
27 -
Schenkelrand v. 21
28 -
Schenkelrand v. 22
29 -
Schenkelrand v. 23
30 -
Schenkelrand v. 24
31 -
Trägerschlitz in 21
32 -
Trägerschlitz in 21
33 -
Trägerschlitz in 22
34 -
Trägerschlitz in 22
35 -
Trägerschlitz in 23
36 -
Trägerschlitz in 23
37 -
Trägerschlitz in 24
38 -
Trägerschlitz in 24
39 -
Biegelinie
40 -
Biegelinie
41 -
Längskanten v. 2
42 -
Biegelinie
43 -
Schenkelrand v. 23
44 -
Schenkelrand v. 24
45 -
Schenkelrand v. 21
46 -
Schenkelrand v. 22
47 -
Biegelinie
48 -
Schenkelrand v. 25
49 -
Schenkelrand v. 26
50 -
Schenkelrand v. 23
51 -
Schenkelrand v. 24
52 -
Aussparungen
53 -
gekrümmte Schenkelränder v. 21, 22
54 -
Stirnrand
55 -
Flächenabschnitt v. 6
56 -
Flächenabschnitt v. 6
57 -
Flächenabschnitt v. 6
58 -
Flächenabschnitt v. 7
59 -
Flächenabschnitt v. 7
60 -
Flächenabschnitt v. 7
61 -
Kante v. 55
62 -
Kante v. 55
63 -
Kante v. 57
64 -
Kante v. 57
65 -
Kante v. 58
66 -
Kante v. 58
67 -
Kante v. 60
68 -
Kante v. 60
69 -
Bohrungen in 3
70 -
strichpunktierte Linienführung
α -
Biegewinkel
B -
Breite v. 55, 57, 58, 60
B1 -
äußere Breite v. 2
B2 -
Breite v. 56, 59
B3 -
innere Breite v. 2

Claims (3)

  1. Abgaskrümmer, der durch Stanzen, Biegen und Schweißen von Blechen (16; 5-7) gebildet ist, an der mehrkanaligen Einströmseite einen Kopfflansch (3) und an der einkanaligen Ausströmseite einen zum Kopfflansch (3) sich rechtwinklig erstreckenden Rohrflansch (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einströmkanäle (8, 9, 10) und der Ausströmkanal (11) durch Stanzen und Biegen nur einer Platine (16) sowie durch Einschweißen gestanzter und gebogener Leitbleche (5, 6, 7) in die gebogene Platine (16) gebildet sind.
  2. Abgaskrümmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einströmkanäle (8, 9, 10) und/oder der Ausströmkanal (11) einen rechteckigen oder einen U-förmigen Querschnitt aufweisen.
  3. Abgaskrümmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Leitbleche (6, 7) V-förmig gebogen, mit dem überwiegenden Teil ihrer Längskanten (61-68) in Trägerschlitze (31-38) der gebogenen Platine (16) eingesetzt und entlang der Trägerschlitze (31-38) verschweißt sind.
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