WO2003031091A1 - Verfahren zur herstellung eines abzweigrohres - Google Patents

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WO2003031091A1
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shell element
main curvature
longitudinal axis
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Wilfried Bien
Pierre Bonny
Michael Halves
Thomas Hülsberg
Uwe KLÜSSMANN
Holger Nuhn
Ralf Pünjer
Olav Reinhardt
Dirk Riewert
Thorsten Sternal
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Daimlerchrysler Ag
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a branch pipe.
  • Branch pipes are commonly made from deep-drawn half-shells welded together, in one piece from cast iron or by means of internal high-pressure forming from a straight or curved pipe.
  • the first production method requires an increased amount of handling in order to join the two half-shells.
  • two molds are required, which means that the manufacturing tolerances of the individual parts for the joining process are correspondingly high, which makes this difficult.
  • the cast iron version is considerably lighter in terms of handling, but on the one hand a cast iron branch pipe is relatively heavy and on the other hand the design diversity of the branch of the pipe to be produced is considerably limited in terms of wall thickness, since very thin walls cannot be reliably formed with the casting technology , Internal high-pressure forming technology offers more options for this, but there are also limits, especially with regard to the length of the branch. Furthermore, it is - if at all possible - due to the process-specific material thinning out, it is very difficult and expensive to process branches from thin-walled pipes in a reliable manner.
  • the invention has for its object to provide a method by means of which the reliable production of a branch pipe with almost any design of the branch is made possible in a simple manner.
  • the object is achieved by the features of claim 1. Due to the one-piece design of the branch pipe, handling for production is simplified. The entire process of manufacturing, consisting of pressing, cutting, bending, joining, can be easily automated. Manufacturing tolerances are practically insignificant for reliable manufacturing. Due to the fact that the socket is shaped by means of deep drawing, the design freedom for the socket is almost unlimited in terms of shape and length. Furthermore, the wall thickness of the tube can also be greatly reduced without the process reliability being adversely affected. On the one hand, this is favorable for lightweight construction and, on the other hand, when the branch pipe is used in the exhaust line of a motor vehicle, it is advantageous for the catalytic converter to light up as quickly as possible, since the thin wall has only a low heat capacity and thus removes relatively little heat from the exhaust gas flow.
  • the design freedom enables the formation of strongly curved branches, which means that when used, when assembling an exhaust manifold, it can be better adapted to the installation space of the engine compartment.
  • the length of the branches can be dimensioned so that a connecting pipe to the inlet flange on the cylinder head is no longer required.
  • the joint seam is such that the hot exhaust gas does not directly flow against it, which is accompanied by a considerable increase in the durability of the exhaust manifold. Due to the position of the joint seam, the seam can be interrupted at least when used in the exhaust line, since the gas tightness is not fully present anyway due to the additional exhaust pipes which are connected in the sliding seat with play, which minimizes the manufacturing process times and thus makes the production more cost-effective.
  • Fig. 2 is a perspective plan view of a branch pipe bent and joined from the circuit board of Fig. 1 by the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows an intermediate stage of a method for producing a branch pipe 1.
  • a blank or a sheet metal section from a coil is initially used, which is subjected to a deep-drawing process.
  • an elongated rectilinear main curvature and two side curvatures are formed from the blank, the latter branching off from one longitudinal side of the main curvature and lying opposite one another with respect to the central longitudinal axis 2 of the main curvature running in the blank material.
  • the side curvatures are arranged mirror-symmetrically to one another with regard to the shape of their base line.
  • the baseline denotes the course of the opening edge of the side curvatures.
  • the shape and dimension of the side curvatures are completely the same - apart from their mirror-symmetrical arrangement - the side curvatures can also be of different depths depending on the wishes of the branch to be produced.
  • the blank After the blank has been formed, it is cut in a process-economical manner in the deep-drawing tool by means of a punching tool or outside the deep-drawing tool in a clamping device by means of a cutting laser that can be guided in three dimensions.
  • the trimming results on the one hand in a trough-like shell part 3, which arises from the main curvature and is open in the longitudinal direction.
  • the shell part 3 is rectangular in plan view. However, it can, for example, in one or both directions Longitudinal extension of the shell part 3 can also be designed as a uniform trapezoid. At the shell part 3 adjoin in the same plane lying half-pipe 4, which result from the side curvatures.
  • the half nozzles 4 are open in the direction of extension and are each designed as a half circular cylinder.
  • the geometry of the rectilinearly parallel lower edges 5 of the half nozzle 4 can, however, also be completely different. For example, they can be curved or rectilinear converging. In the latter case, the half nozzle 4 has the shape of a half cone.
  • the half-nozzles 4 open into the cavity 6 of the shell part 3, which is formed by the curvature.
  • sheet metal strips 7 are formed on the shell part 3 and the half-nozzles 4, which are in the same plane as the lower edges 5 of the half-nozzles 4 and the lower edges 8 of the Shell part 3 lying on the outside along the lateral edges 9 of the shell part 3 and the half connector 4.
  • the metal strips 7 of the shell part 3 and the half connector 4 are integrally connected to one another, but can also be separated from one another. It is also not an inevitable requirement that the sheet metal strips 7 must be located over the entire surface in the same plane as the lower edges 5 of the half connectors 4 and the lower edges 8 of the shell part 3.
  • the sheet metal strip 7 must in any case start from this level for the success of subsequent joining operations, and in the event of deviations from the above-mentioned design, the sheet metal strips 7 lying opposite one another with respect to the central longitudinal axis 2 must be formed in a shape-negative manner with respect to one another.
  • the metal strips 7 engage in one another in a form-fitting manner, which thus ensures a better hold for the joining operation and an improved durability of the joining seam.
  • the metal strips 7 serve here as joining flanges.
  • the shell part 3 is bent in a separate tool via a bending mandrel about a spatial axis 10 parallel to the central longitudinal axis 2, an axis which in one Shell part 3 lies along the central longitudinal axis 2 in the plane penetrating in the normal direction and is spaced apart from the central longitudinal axis 2 (FIG. 2).
  • the axis 10 is offset downward from the central longitudinal axis 2 by the radius of the circular cylindrical main tube 11 formed by the bending. The bending takes place until the joint flanges 7 corresponding to one another on both sides 13, 14 of the shell part 3 lie against one another over the entire surface.
  • the joining flanges 7 are connected to one another in a last manufacturing step. This can be done by welding, whereby spot welding can be used quickly, easily and inexpensively due to the position of the joining seam 15 and the flatness of the flanges 7.
  • the formation of flanges 7 only makes mechanical joining such as clinching possible, which considerably improves the durability of the joining seam 15 and is advantageous for heat-sensitive materials.
  • the use of an adhesive technique is conceivable for purposes which are not or only slightly heat-loaded, such as in the sanitary area.
  • the sheet metal strips 7 are designed such that the end 16 of the sheet metal strip 7 running along the half connector 4 is retracted with respect to the opening edge 17 of the half connector 4.
  • the same also applies to one end 18 of the shell part 3.
  • the branch pipe 1 can make unimpeded simple plug connections with further pipes or connections.
  • the branch pipe 12 can easily be connected to the inlet flange of the cylinder head. plugged together and optionally welded to the flange, while the main pipe 11 can be connected to another pipe of an exhaust manifold in the sliding seat.
  • the branch pipe 1 can be plug-connected and welded as an inner part to the corresponding connecting pieces of the outer shell.
  • the solution according to the invention is otherwise not limited to the formation of a single branch connector 12. With longer shell parts 3, the formation of several side curvatures or. Half connector 4 possible, which then form branch connector 12 after completion of the manufacturing process. These can be of identical or different design with respect to their shape and length, depending on the requirements of the spatial and / or fluidic conditions.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Abzweigrohres (1). Es wird vorgeschlagen, dass aus einer Platine durch Tiefziehen eine längliche geradlinige Hauptwölbung und zumindest zwei von jeweils einer Langsseite der Hauptwëlbung abzweigende bezüglich der im Platinenmaterial verlaufenden Mittenlängsachse (2) der Hauptwölbung einander gegenüberliegende Seitenwëlbungen spiegelsymmetrisch angeordneter Basislinie ausgeformt werden. Nach der Ausformung wird die Platine derart beschnitten, dass sich aus der Hauptwölbung ein wannenartiges in Längsrichtung offenes Schalenteil (3) und aus den Seitenwëlbungen an das Schalenteil (3) anschliessende, in der gleichen Ebene wie das Schalenteil 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 wird das Schalenteil (3) um eine zur Mittenlängsachse (2) parallele Raumachse gebogen wird, bis die einander auf beiden Seiten des Schalenteils (3) entsprechenden Fügeflansche aneinander liegen, und danach werden die Fügeflansche miteinander verbunden.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Abzweigrohres
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 Innenhochdruck- umformtechnik 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 Gesamtpro- zess 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 ange- passt 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 Bie- gedorn 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 der Abzweigstutzen 12 in einfacher Weise mit dem Eingangsflansch des Zylinderkopfes zu- sammengesteckt 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 Tief ziehprozess durchaus die Ausformung mehrerer Seitenwölbungen bzw . Halbstutzen 4 möglich, die dann nach Abschluss des Herstellungsverfahrens Abzweigstutzen 12 bilden . Diese können bezüglich Form und Länge j e nach Anforderung an die räumlichen und/oder strömungstechnischen Gegebenheiten untereinander gleich oder verschieden ausgebildet sein .

Claims

Patentansprüche
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 Erstreckungs- richtung 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, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , 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, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Fügeflansche (7) durch Schweißen, Kleben oder Durchsetzfügen miteinander verbunden werden.
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