DE10201589C1 - Exhaust gas manifold for IC engine has tubular hoolow structure with end sections of increased wall thickness and welded end flanges - Google Patents
Exhaust gas manifold for IC engine has tubular hoolow structure with end sections of increased wall thickness and welded end flangesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Führung von Abgas aus einer Verbrennungskraftmaschine, die sich aus einer rohrartigen Hohlstruktur und endseitig mit der Hohlstruktur gefügten Flanschen zusammensetzt, deren Dicken ein Mehrfaches der Wanddicke der Hohlstruktur betragen.The invention relates to an arrangement for guiding exhaust gas from a Internal combustion engine consisting of a tubular hollow structure and at the end with flanges joined together, the Thicknesses are a multiple of the wall thickness of the hollow structure.
Eine derartige Anordnung gelangt in der Praxis insbesondere in Form eines Abgaskrümmers zum Einsatz. Hier unterscheidet die Fachwelt einerseits in einteilige Gusskrümmer (z. B. DE 42 22 104 A1) und andererseits in gebaute Abgaskrümmer (z. B. DE 37 17 989 A1). Diese werden aus einer Anzahl von Bauteilen schweißtechnisch gefügt.Such an arrangement comes in practice in particular in the form of a Exhaust manifold used. Here the experts differentiate on the one hand in one-piece cast elbows (e.g. DE 42 22 104 A1) and on the other hand in built Exhaust manifold (e.g. DE 37 17 989 A1). These are made up of a number of Components joined by welding.
Gebaute Abgaskrümmer werden zunehmend als Ersatz für Gusskrümmer ver wendet, da sie eine schnellere Aufheizung der Katalysatoren ermöglichen. Auf diese Weise kann die Praxis auch verschärften Abgasvorschriften Rechnung tragen.Built exhaust manifolds are increasingly being used to replace cast manifolds turns because they allow faster heating of the catalysts. On In this way, the practice can also take into account stricter emissions regulations wear.
Ein weiterer Gesichtspunkt, der für die Verwendung gebauter Abgaskrümmer spricht, ist der Trend zu immer höheren Abgastemperaturen. Diese resultieren aus dem Bestreben, die Wirkungsgrade der Verbrennungskraftmaschinen zu erhöhen. Gusswerkstoffe sind aber bei hohen Betriebstemperaturen nicht mehr genug dauerhaltbar, zumal unter dem Aspekt, dass ferner die Gewähr leistungsfristen für Produkte permanent heraufgesetzt werden.Another point of view is that of using built exhaust manifolds is the trend towards ever higher exhaust gas temperatures. These result striving to increase the efficiency of internal combustion engines increase. Cast materials, however, are no longer at high operating temperatures enough durable, especially from the aspect that furthermore the guarantee performance periods for products are permanently increased.
Darüber hinaus lässt sich durch den Einsatz gebauter Abgaskrümmer eine Ge wichtsreduktion von ca. 50% gegenüber gegossenen Abgaskrümmern erzielen. Hiermit ist eine weitere Kraftstoffersparnis beim Betrieb eines Kraftfahrzeugs verbunden.In addition, a Ge can be built using exhaust manifolds achieve a weight reduction of approx. 50% compared to cast exhaust manifolds. This is a further fuel saving when operating a motor vehicle connected.
Probleme bei gebauten Abgaskrümmern treten aber dadurch auf, dass die aus Rohren, Profilen oder Schalenkörpern bestehenden dünnwandigen Hohlstruk turen oft mit im Vergleich zu ihren Wanddicken deutlich dickeren Flanschen schweißtechnisch gefügt werden müssen. Dabei kommt es häufig zu Fügefeh lern, wie kalten Schweißnähten, Undichtigkeiten oder Durchbrand.Problems with built exhaust manifolds occur, however, that the Tubes, profiles or shell bodies existing thin-walled hollow structure often with flanges that are significantly thicker than their wall thickness have to be welded together. This often leads to joint failure learn how cold welds, leaks or burnout.
Um diesen in der Fügetechnik allgemein bekannten Phänomenen abzuhelfen, sind derzeit spezielle, meist jedoch sehr langsam arbeitende und damit kostenintensive Schweißgeräte im Einsatz.In order to remedy these phenomena, which are generally known in joining technology, are currently special, but mostly very slow working and therefore cost-intensive welding machines in use.
Die Schweißgeschwindigkeit kann zwar durch die Nutzung der Laserschweiß technologie gesteigert werden, indessen erhöhen sich hierdurch einerseits die Investitionskosten und andererseits die Anforderungen an die Genauigkeit der Toleranzen der einzelnen Bauteile. Die Herstellung eines derartigen Bauteils wird dann sehr schnell unwirtschaftlich.The welding speed can be increased by using laser welding technology are increased, but on the one hand this increases the Investment costs and on the other hand the requirements for the accuracy of the Tolerances of the individual components. The production of such a component then very quickly becomes uneconomical.
Des Weiteren hat man an die Flansche auf schmiedetechnischem Wege auch schon Kragen angeformt, die gewissermaßen in der Dicke fließende Übergänge von den Flanschen auf die Hohlstrukturen gewährleisten sollen. Mit einer solchen Methode kann zwar mit einem standardisierten Schweißverfahren, wie z. B. dem MIG-Verfahren, ein wirtschaftlich besseres Schweißergebnis erzielt werden. Dies wird jedoch mit vergrößerten Dichtflächen mit entsprechenden Störungen in der Abgasströmung und mit deutlich höheren Kosten aufgrund der zusätzlichen Umformungen an den Flanschen erkauft.Furthermore, you also have the flanges by forging technology already formed collar, the transitions flowing in the thickness, so to speak from the flanges to the hollow structures. With a Such a method can be done with a standardized welding process such as z. B. the MIG process, achieved an economically better welding result become. However, this is with corresponding increased sealing surfaces Disruptions in the exhaust gas flow and with significantly higher costs due to the bought additional forming on the flanges.
Auch hat man in der Praxis die Hohlstrukturen mit den Flanschen dadurch ge fügt, dass die Enden der Hohlstrukturen in angepasste Ausnehmungen der Flansche eingesetzt werden, wobei die Stirnseiten der Hohlstrukturen im Dickenbereich der Flansche enden. Es wurden dann die Stirnseiten der Hohl strukturen in den Ausnehmungen mit den Flanschen verschweißt. Diese Füge verbindungen konnten jedoch die Ausbildung von Schweißspritzern in den Hohlstrukturen nicht vermeiden. Schweißspritzer ziehen aber erhebliche Fol geschäden an Abgasturboladern und Katalysatoren nach sich.In practice, the hollow structures with the flanges have also been used inserts that the ends of the hollow structures into adapted recesses of the Flanges are used, the end faces of the hollow structures in the Thickness range of the flanges ends. Then the front sides of the hollow structures welded in the recesses with the flanges. This join however, the formation of weld spatter in the Do not avoid hollow structures. Welding spatter pulls considerable fol damage to exhaust gas turbochargers and catalytic converters.
Eine Anordnung mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen ist durch die DE 37 17 989 A1 bekannt. Hierbei ist jeder Flansch aus mehreren Platinen schichtenweise aufgebaut. Die Verbindung der Hohlstruktur erfolgt nur mit der stirnseitigen Platine. Eine derartige Anordnung ist mit einem hohen fertigungs- und montagetechnischen Aufwand verbunden, da die einzelnen Platinen für sich in speziellen Stanz- und Presswerkzeugen hergestellt und danach bis zur Montage entsprechend oft gehandled werden müssen. In der Massenproduk tion führt dies zu erheblichen Nachteilen.An arrangement with the features described above is through the DE 37 17 989 A1 known. Each flange is made up of several boards built up in layers. The hollow structure is only connected to the face plate. Such an arrangement can be manufactured with a high and assembly costs, since the individual boards for manufactured in special stamping and pressing tools and then up to Assembly must be handled accordingly often. In mass production tion leads to considerable disadvantages.
Der Erfindung liegt - ausgehend vom Stand der Technik - die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Führung von Abgas aus einer Verbrennungs kraftmaschine zu schaffen, welche in wirtschaftlicher Weise auch als Massen artikel problemlos gefertigt und montiert werden kann sowie im Einsatz höchsten Betriebstemperaturen mit dem dadurch erzielbaren besseren Wir kungsgrad genügt. The object of the invention is based on the prior art based on an arrangement for guiding exhaust gas from a combustion to create an engine, which in an economical manner also as masses article can be easily manufactured and assembled as well as in use highest operating temperatures with the better we can be achieved degree of efficiency is sufficient.
Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.This object is achieved with the features specified in claim 1 solved.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung kann es sich um ein Bauteil handeln, das eine geradlinig oder gekrümmte Hohlstruktur zwischen den massiven einstückigen Flanschen aufweist. Zur Herstellung der Hohlstruktur können rohr- oder blechförmige Halbzeuge eingesetzt werden. Von Bedeutung ist, dass jetzt durch die spezielle Gestaltung der Hohlstruktur die Oberflächen ihrer einlagigen Enden mit den Flanschen durch äußere Kehlnähte schweißtechnisch gefügt werden können. Abgesehen davon, dass damit auch standardisierte Schweiß verfahren eingesetzt werden können, haben diese Schweißverfahren überdies keine negativen Auswirkungen mehr auf die inneren Oberflächenbereiche der Anordnung, da das Schweißen am Außenumfang stattfindet und keine Schweißspritzer in die Hohlstruktur gelangen können. Die Stirnseiten der Enden können dadurch mit den der Hohlstruktur abgewandten Flachseiten der Flansche fluchten. Außerdem wird durch die Ausbildung der Enden der Hohl struktur ein homogener Spannungsverlauf mit erheblich reduzierten Span nungsspitzen und damit eine erhöhte Dauerhaltbarkeit erzielt. Die Dicke des Ausgangshalbzeugs für die Hohlstruktur kann gezielt auf den jeweiligen Einsatzfall abgestellt werden. Dort, wo die Anhäufung von Material aus schweißtechnischen Gründen erwünscht ist, wird das Ausgangshalbzeug mit größerer Dicke eingesetzt und dort, wo Material eingespart werden kann, braucht nur ein entsprechend dünnes Ausgangshalbzeug vorgesehen zu wer den. Auf diese Weise können vom Gewicht her noch leichtere Anordnungen, insbesondere jedoch Abgaskrümmer, gefertigt und durch die Reduktion des Gewichts eine weitere Kraftstoffersparnis beim Betrieb eines Kraftfahrzeugs erreicht werden. The arrangement according to the invention can be a component, which is a straight or curved hollow structure between the massive has one-piece flanges. To manufacture the hollow structure, tubular or sheet-shaped semi-finished products can be used. It is important that now due to the special design of the hollow structure, the surfaces of their single-layer Welded ends of the flanges through outer fillet welds can be. Apart from that it also means standardized sweat processes can also be used, these welding processes also have no more negative effects on the inner surface areas of the Arrangement because the welding takes place on the outer circumference and none Weld spatter can get into the hollow structure. The end faces of the ends can thereby with the flat sides facing away from the hollow structure Flanges are in line. In addition, the formation of the ends of the hollow structure a homogeneous voltage curve with significantly reduced chip peaks and thus increased durability. The thickness of the Initial semi-finished product for the hollow structure can be targeted to the respective Application can be turned off. Where the accumulation of material from welding technical reasons is desired, the starting semi-finished product of greater thickness and wherever material can be saved, only a correspondingly thin starting semifinished product needs to be provided the. In this way, even lighter arrangements, in particular, however, exhaust manifold, manufactured and by reducing the Weight a further fuel saving when operating a motor vehicle can be achieved.
Bilden gemäß Patentanspruch 2 die Enden einstückige Bestandteile der Hohl struktur, so wird das Ausgangshalbzeug für die Hohlstruktur walztechnisch hergestellt. Es kann dann mit sehr homogenen Wanddickenübergängen ein setzbar sein, wie es z. B. bei den sogenannten "tailored rolled blanks" der Fall ist.Form the ends of one-piece components of the hollow according to claim 2 structure, the starting semifinished product for the hollow structure is rolled manufactured. It can then be used with very homogeneous wall thickness transitions be settable, as z. B. the case with the so-called "tailored rolled blanks" is.
Eine andere Ausführungsform ist in den Merkmalen des Patentanspruchs 3 gekennzeichnet. Dort ist die Hohlstruktur in einen zentralen Längenabschnitt und in mit dem zentralen Längenabschnitt schweißtechnisch gefügte Enden gegliedert. Auch bei dieser Ausführungsform können die Bauteile der Hohl struktur aus rohr- oder blechförmigen Halbzeugen zusammengesetzt und ge gebenenfalls geschweißt sein. Ein weiterer Vorteil der Mehrteiligkeit einer Hohl struktur ist der, dass unterschiedliche Werkstoffe für die einzelnen Bereiche miteinander kombiniert werden können. Auch beim Fügen des zentralen Län genabschnitts mit den Enden ist durch die größere Wanddicke der Enden sichergestellt, dass Kehl- oder V-Nähte am Außenumfang gelegt werden können, so dass bei der Herstellung der Hohlstruktur keine Schweißspritzer in das Innere gelangen.Another embodiment is in the features of claim 3 characterized. There the hollow structure is in a central length section and in ends welded to the central length section divided. In this embodiment, the components of the hollow structure composed of tubular or sheet-shaped semi-finished products and ge if necessary be welded. Another advantage of the multiple parts of a hollow The structure is that different materials for each area can be combined with each other. Even when joining the central Län The section with the ends is due to the greater wall thickness of the ends ensures that fillet or V seams are placed on the outer circumference can be, so that none in the manufacture of the hollow structure Weld spatter get inside.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated below with reference to the drawings Embodiments explained in more detail. Show it:
Fig. 1 und 2 jeweils im schematischen Längsschnitt Abgaskrümmer für Verbrennungskraftmaschinen. Fig. 1 and 2 respectively in the schematic longitudinal section exhaust manifold for internal combustion engines.
Die Fig. 1 lässt einen gebauten Abgaskrümmer 1 erkennen, der sich aus einer Hohlstruktur 2 in Form eines rohrförmigen Bogens und zwei Flanschen 3 zusammensetzt. Figs. 1 reveals a built exhaust manifold 1, which is composed of a hollow structure 2 in the form of a tubular sheet, and two flanges 3.
Die Hohlstruktur 2 ist z. B. aus einem blechförmigen, dann gebogenen und letztlich längsnahtgeschweißten Halbzeug gefertigt, das in einem mittleren Längenabschnitt 4 eine geringere Wanddicke WD als an den Enden 5 auf weist. Die Wanddicke WD1 der Enden 5 ist wiederum kleiner als die Dicke D der Flansche 3 bemessen.The hollow structure 2 is, for. B. made of a sheet-metal, then bent and ultimately longitudinally welded semi-finished product, which has a smaller wall thickness WD than at the ends 5 in a central length section 4 . The wall thickness WD1 of the ends 5 is again smaller than the thickness D of the flanges 3 .
Die Übergänge 6 von dem mittleren Längenabschnitt 4 auf die Enden 5 sind fließend, d. h. absatzlos.The transitions 6 from the middle length section 4 to the ends 5 are fluid, that is to say without paragraphs.
Die Enden 5 der Hohlstruktur 2 sind in Ausnehmungen 7 der Flansche 3 ein gesetzt, wobei die Stirnseiten 8 der Enden 5 mit den der Hohlstruktur 2 ab gewandten Flachseiten 9 der Flansche 3 fluchten.The ends 5 of the hollow structure 2 are inserted into recesses 7 of the flanges 3 , the end faces 8 of the ends 5 being flush with the hollow structure 2 from flat sides 9 of the flanges 3 .
Die Verbindung der Flansche 3 mit den Enden 5 erfolgt durch Kehlnähte 10 zwischen den äußeren Oberflächen 11 der Enden 5 und den der Hohlstruk tur 2 zugewandten Flachseiten 12 der Flansche 3.The connection of the flanges 3 with the ends 5 takes place by fillet welds 10 between the outer surfaces 11 of the ends 5 and the flat sides 12 of the flanges 3 facing the hollow structure 2 .
Der aus der Fig. 2 erkennbare gebaute Abgaskrümmer 1a setzt sich aus einer mehrteiligen Hohlstruktur 2a und Flanschen 3 zusammen. The built-in exhaust manifold 1 a shown in FIG. 2 is composed of a multi-part hollow structure 2 a and flanges 3 .
Die Hohlstruktur 2a ist in einen zentralen Längenabschnitt 4a in Form eines Rohrbogens mit gleicher Wanddicke WD und in mit dem zentralen Längen abschnitt 4a schweißtechnisch gefügte Enden 5a in Form von kurzen Rohrstücken gegliedert. Während der Innendurchmesser ID des zentralen Längenabschnitts 4a und der Enden 5a identisch ist, sind die Wanddicken WD1 der Enden 5a größer als die Wanddicke WD des zentralen Längenab schnitts 4a bemessen.The hollow structure 2 a is divided into a central length section 4 a in the form of a pipe bend with the same wall thickness WD and in the central length section 4 a welded ends 5 a in the form of short pipe sections. While the inner diameter ID of the central length section 4 a and the ends 5 a is identical, the wall thicknesses WD1 of the ends 5 a are larger than the wall thickness WD of the central length section 4 a.
Andererseits ist zu sehen, dass die Dicke D der Flansche 3 größer als die Wanddicke WD1 der Enden 5a bemessen ist.On the other hand, it can be seen that the thickness D of the flanges 3 is larger than the wall thickness WD1 of the ends 5 a.
Auch bei der Ausführungsform der Fig. 2 sind die Enden 5a der Hohlstruk tur 2a in Ausnehmungen 7 der Flansche 3 so eingesetzt, dass die Stirnseiten 8 der Enden 5a mit den Flachseiten 9 der Flansche 3 fluchten, die der Hohl struktur 2a abgewandt sind. Die Verbindung zwischen den Flanschen 3 und den Enden 5a erfolgt durch Kehlnähte 10 zwischen den äußeren Oberflä chen 11 der Enden 5a und den Flachseiten 12 der Flansche 3, die der Hohl struktur 2a zugewandt sind.Also in the embodiment of FIG. 2, the ends 5 are a hollow structural tur 2 a in the recesses 7 of the flanges 3 is inserted so that the end faces 8 of the ends 5 a with the flat sides 9 of the flanges 3 are aligned, the structure of the hollow 2 a are turned away. The connection between the flanges 3 and the ends 5 a takes place by fillet welds 10 between the outer surfaces 11 of the ends 5 a and the flat sides 12 of the flanges 3 , which face the hollow structure 2 a.
Die Verbindung zwischen den Enden 5a und dem zentralen Längenabschnitt 4a erfolgt durch äußere V-Nähte 13 an den gestuften Übergängen 14 von dem zentralen Längenabschnitt 4a auf die Enden 5a. The connection between the ends 5 a and the central length section 4 a is made by external V-seams 13 at the stepped transitions 14 from the central length section 4 a to the ends 5 a.
11
Abgaskrümmer
exhaust manifold
11
a Abgaskrümmer
a Exhaust manifold
22
Hohlstruktur v. Hollow structure v.
11
22
a Hohlstruktur v. a hollow structure v.
11
a
a
33
Flansche v. Flanges from
11
, .
11
a
a
44
mittlerer Längenabschnitt v. middle section of v.
22
44
a zentraler Längenabschnitt v. a central longitudinal section v.
22
a
a
55
Enden v. Ends of
22
55
a Enden v. a ends v.
22
a
a
66
Übergänge v. Transitions v.
44
auf on
55
77
Ausnehmungen in Recesses in
33
88th
Stirnseiten v. End faces v.
55
, .
55
a
a
99
Flachseiten v. Flat pages from
33
1010
Kehlnähte
fillet welds
1111
Oberflächen v. Surfaces v.
55
, .
55
a
a
1212
Flachseiten v. Flat pages from
33
1313
V-Nähte
V-seams
1414
Übergänge v. Transitions v.
44
a auf a on
55
a
D Dicken v. a
D thickness v.
33
ID Innendurchmesser v. ID inside diameter of
44
a u. a u.
55
a
WD Wanddicke v. a
WD wall thickness from
44
, .
44
a
WD1 Wanddicke v. a
WD1 wall thickness
55
, .
55
a
a
Claims (3)
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DE2002101589 DE10201589C1 (en) | 2002-01-17 | 2002-01-17 | Exhaust gas manifold for IC engine has tubular hoolow structure with end sections of increased wall thickness and welded end flanges |
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