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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flanschbauteil für eine Komponente einer Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem eine mit wenigstens einem solchen Flanschbauteil ausgestattete Abgasbehandlungseinrichtung sowie eine mit wenigstens einem solchen Flanschbauteil ausgestattete Abgasanlage. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Flanschbauteils.
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Bei Abgasanlagen von Brennkraftmaschinen kommt es hin und wieder vor, dass einzelne Komponenten, wie zum Beispiel Abgasrohre und Gehäuse von Abgasbehandlungseinrichtungen, wie zum Beispiel Katalysatoren, Partikelfilter und Schalldämpfer, aneinander befestigt werden müssen. Hierzu können grundsätzlich Flansche zum Einsatz kommen.
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Für den Fall, dass dem Flansch eine Strömungsführungsfunktion zugeordnet werden soll, ist es grundsätzlich möglich, am Flansch ein Rohrstück anzubringen, das vom Flansch mit einer senkrecht auf einer Flanschebene stehenden Längsmittelachse vom Flansch absteht. Ein derartiges Rohrstück kann zum Beispiel an den Flansch angeschweißt werden. Das Rohrstück kann beispielsweise als Innenwand zur Realisierung einer Luftspaltisolation und/oder als Einlauftrichter oder Auslauftrichter dienen.
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Um das Rohrstück hinreichend prozesssicher am Flansch anschweißen zu können, benötigt es eine vergleichsweise große Wandstärke. Damit sich außerdem beim Anschweißen des Rohrstücks der Flansch nicht übermäßig verzieht, muss der Flansch ebenfalls eine vergleichsweise große Wandstärke besitzen. Insgesamt wird das aus Flansch und Rohrstück gebildete Flanschbauteil vergleichsweise teuer.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein derartiges Flanschbauteil bzw. für eine damit ausgestattete Abgasbehandlungseinrichtung bzw. für eine damit ausgestattete Abgasanlage bzw. für ein hierfür geeignetes Herstellungsverfahren eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass sich das Flanschbauteil vergleichsweise preiswert herstellen lässt.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, das Flanschbauteil mit dem Flansch und dem Rohrstück aus einem einzigen Metallblechstück durch Umformung herzustellen. Das somit als einteiliger oder einstückiger, integraler Blechformkörper ausgestaltete Flanschbauteil lässt sich besonders einfach mittels Umformtechnik herstellen. Insbesondere eignen sich Tiefziehverfahren zum Formen des Flanschbauteils. Derartige Umformverfahren lassen sich vergleichsweise preiswert realisieren. Gleichzeitig ist es nunmehr möglich, für den Flansch und für das Rohrstück vergleichsweise geringe Wandstärken vorzusehen, wodurch das Flanschbauteil leichter und preiswerter herstellbar ist. Insgesamt ergibt sich ein enormer Kostenvorteil für das durch Umformung hergestellte leichte Flanschbauteil gegenüber einem herkömmlichen, gebauten schweren Flanschbauteil.
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Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Flansch einen das Rohrstück ringförmig geschlossen umschließenden Ringbereich aufweisen. Insbesondere kann der Ringbereich kreisringförmig konzipiert sein, beispielsweise dann, wenn das Rohrstück einen kreisförmigen Querschnitt besitzt. Hierdurch kann der Flansch das Rohrstück am Übergang zum Flansch aussteifen.
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Der Flansch kann mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete, radial nach außen abstehende Befestigungsbereiche aufweisen, mit denen das Flanschbauteil an einem zum Flansch komplementären Gegenflansch befestigbar ist. Da der Flansch auf diese Weise nur im Bereich der Verbindungsstellen zum Gegenflansch radial nach außen absteht, baut er im Übrigen vergleichsweise kompakt, leicht und dementsprechend preiswert. Die Befestigungsbereiche können jeweils zumindest eine Befestigungsöffnung aufweisen, durch die hindurch beispielsweise eine Verschraubung realisierbar ist. Die Befestigungsbereiche können insbesondere vom Ringbereich, zweckmäßig radial, nach außen abstehen.
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Bei einer anderen Ausführungsform kann der Flansch radial außen einen Flanschkragen aufweisen, der auf der gleichen Seite wie das Rohrstück vom Flansch absteht. Mit Hilfe eines derartigen Flanschkragens kann der Flansch, insbesondere der Ringbereich, intensiv ausgesteift werden. Dies gilt umso mehr, wenn der Flanschkragen gemäß einer Option in der Umfangsrichtung geschlossen umläuft.
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Bei einer anderen Ausführungsform kann das Rohrstück axial beabstandet zum Flansch eine geschlossen umlaufende, nach innen vorstehende Ringstufe aufweisen. Mit Hilfe einer derartigen Ringstufe kann auch das Rohrstück distal zum Flansch stabilisiert bzw. ausgesteift werden.
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Entsprechend einer speziellen Weiterbildung kann das Rohrstück einen Rohrstückkragen aufweisen, der an einer vom Flansch abgewandten Seite von der Ringstufe absteht, wobei dieser Rohrstückkragen ebenfalls eine senkrecht auf der Flanschebene stehende Längsmittelachse besitzt. Somit fallen insbesondere die Längsmittelachsen des Rohrstückkragens und des Rohrstücks zusammen, so dass Rohrstück und Rohrstückkragen koaxial angeordnet sind. Da der Rohrstückkragen von der, insbesondere radial, nach innen vorstehenden Ringstufe in axialer Richtung absteht, besitzt der Rohrstückkragen jedenfalls einen kleineren Innenquerschnitt als das übrige Rohrstück zwischen Ringstufe und Flansch. Das Rohrstück kann zylindrisch oder konisch ausgestaltet sein, zumindest zwischen Flansch und Ringstufe. Auch der Rohrstückkragen kann zylindrisch oder konisch ausgestaltet sein. Der Querschnitt des Rohrstücks und/oder des Rohrstückkragens kann dabei kreisförmig oder elliptisch oder oval konfiguriert sein.
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Durch ein konisches Rohrstück und/oder konischen Rohrstückkragen kann insbesondere eine Trichterform für das Rohrstück realisiert werden. Eine derartige Trichterkonfiguration ergibt sich auch für den Fall, wenn das Rohrstück und der Rohrstückkragen im Wesentlichen zylindrisch konfiguriert sind. Sofern das Flanschbauteil durch Tiefziehen hergestellt ist, besitzen sowohl das Rohrstück als auch der gegebenenfalls vorhandene Rohrstückkragen zwangsläufig eine gewisse Konizität, um ein Endformen des umgeformten Flanschbauteils vom jeweiligen Tiefziehwerkzeug zu erleichtern.
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Ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren charakterisiert sich dadurch, dass aus einem ebenen Rohling aus Metallblech durch Tiefziehen ein Topf geformt wird, der an dem einen Axialende einen ebenen Topfboden und am anderen Axialende einen ebenen, radial nach außen abstehenden Topfrand aufweist, wobei Topfboden und Topfrand durch eine einen Rohrkörper bildende Topfwand miteinander verbunden sind. Ausgehend von diesem Zwischenprodukt, nämlich dem Topf, kann nun das hier vorgestellte Flanschbauteil besonders einfach hergestellt werden.
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Beispielsweise kann aus dem Topfboden ein innenliegender Topfbereich ausgeschnitten, zum Beispiel durch einen Stanzvorgang, und vom Topfrand ein außenliegender Randbereich abgeschnitten werden, zum Beispiel mittels eines Stanzvorgangs. Nach diesem Trennschritt verbleibt vom Topf ein radial nach innen abstehender Topfbodenrest sowie ein radial nach außen abstehender Topfrandrest. Grundsätzlich kann dieser Trennvorgang mit einem weiteren Umformvorgang verknüpft sein.
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In einem weiteren Schritt kann aus dem Topfrandrest durch Tiefziehen ein Flansch geformt werden, der sich in einer Flanschebene erstreckt. Aus dem Topfbodenrest kann dagegen durch Tiefziehen ein axialer Endabschnitt des Rohrkörpers geformt werden. Insbesondere lässt sich beim Tiefziehen des axialen Endabschnitts die zuvor genannte Ringstufe und der Rohrstückkragen am axialen Endabschnitt des Rohrkörpers ausformen.
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Eine erfindungsgemäße Abgasbehandlungseinrichtung charakterisiert sich durch ein Gehäuse zur Aufnahme wenigstens eines Abgasbehandlungselements aus der Gruppe Partikelfilter, Katalysator und Schalldämpfer. An diesem Gehäuse ist zumindest ein Anschluss ausgebildet, durch den Abgas in das Gehäuse eintreten kann (Einlassanschluss) oder durch den Abgas aus dem Gehäuse austreten kann (Auslassanschluss). An dem jeweiligen Anschluss ist ein Flanschbauteil der vorbeschriebenen Art vorgesehen. Dabei kann der jeweilige Anschluss das jeweilige Flanschbauteil aufweisen. Ebenso ist es möglich, den jeweiligen Anschluss durch das jeweilige Flanschbauteil zu bilden.
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Eine erfindungsgemäße Abgasanlage umfasst wenigstens eine Abgasbehandlungseinrichtung der vorgenannten Art.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
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1 eine isometrische Ansicht eines Flanschbauteils,
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2 eine Draufsicht auf eine Blechbahn zur Herstellung der Flanschbauteile,
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3–8 isometrische Ansichten des Flanschbauteils während eines Herstellungsprozesses, bei verschiedenen Fertigungszuständen.
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Entsprechend 1 umfasst ein Flanschbauteil 1 einen Flansch 2 und ein Rohrstück 3. Das Flanschbauteil 1 kann bei einer Komponente einer Abgasanlage Verwendung finden, zum Beispiel an einem Einlassanschluss oder an einem Auslassanschluss. Die Abgasanlage dient bei einer Brennkraftmaschine, die insbesondere in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein kann, zum Abführen von Verbrennungsabgasen.
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Der Flansch 2 erstreckt sich in einer Flanschebene 4. Das Rohrstück 3 besitzt eine Längsmittelachse 5, die senkrecht auf der Flanschebene 4 steht. Dementsprechend steht das Rohrstück 3 an einer Seite der Flanschebene 4 vom Flansch 2 ab.
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Das hier vorgestellte Flanschbauteil 1 ist als integraler Blechformkörper konzipiert, der aus einem einzigen, in 2 im Rohzustand gezeigten Metallblechstück 6 durch Umformung hergestellt ist.
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Gemäß 1 weist der Flansch 2 einen Ringbereich 7 auf, der das Rohrstück 3 ringförmig geschlossen umschließt. Im Beispiel ist der Ringbereich 7 kreisringförmig ausgestaltet. Der Flansch 2 weist außerdem mehrere Befestigungsbereiche 8 auf, die in der Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind. Die Befestigungsbereiche 8 liegen ebenfalls in der Flanschebene 4 und stehen radial nach außen vom Ringbereich 7 ab. Mit Hilfe dieser Befestigungsbereiche 8 kann das Flanschbauteil 1 an einem zum Flansch 2 komplementären, hier nicht gezeigten Gegenflansch befestigt werden. Beispielsweise kann der jeweilige Befestigungsbereich 8 eine Befestigungsöffnung 9 enthalten, durch welche hindurch beispielsweise eine Verschraubung des Flansches 2 mit besagtem Gegenflansch realisierbar ist.
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Im gezeigten Beispiel sind ohne Beschränkung der Allgemeinheit genau vier Befestigungsbereiche 8 am Flansch 2 ausgebildet.
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Der Flansch 2 weist außerdem einen Flanschkragen 10 auf, der radial außen am Flansch 2 ausgeformt ist und auf der gleichen Seite wie das Rohrstück 3 vom Flansch 2 absteht. Der Flanschkragen 10 läuft zweckmäßig in der Umfangsrichtung geschlossen um. Im Beispiel ist der Flanschkragen 10 radial außen entlang des Ringbereichs 7, die Befestigungsbereiche 8 einfassend angeordnet. Insbesondere ist der Flanschkragen 10 durch einen von der Flanschebene 4 abgewinkelten Außenrand des Flansches 2 gebildet.
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Das Rohrstück 3 schließt an das radial innenliegende Ende des Ringbereichs 7 an und besitzt axial beabstandet zum Flansch 2, also distal zum Flansch 2 eine Ringstufe 11, die in der Umfangsrichtung geschlossen umläuft und außerdem nach innen vorsteht. Die Ringstufe 11 ist dabei koaxial zur Längsmittelachse 5 angeordnet. An dieser Ringstufe 11 schließt ein Rohrstückkragen 12 an das übrige Rohrstück 3 an. Der Rohrstückkragen 12 bildet dabei einen Bestandteil des Rohrstücks 3, nämlich das bezüglich des Flansches 2 distale Axialende des Rohrstücks 3. Besagter Rohrstückkragen 12 steht dabei an einer vom Flansch 2 abgewandten Seite von der Ringstufe 11 axial ab. Eine Längsmittelachse 13 des Rohrstückkragens 12 fällt zweckmäßig mit der Längsmittelachse 5 des übrigen Rohrstücks 3 zusammen. Somit erstreckt sich der Rohrstückkragen 12 koaxial zum Rohrstück 3. In der Folge steht auch die Längsmittelachse 13 des Rohrstückkragens 12 senkrecht auf der Flanschebene 4.
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Das Rohrstück 3 ist zylindrisch oder leicht konisch ausgestaltet. Der Rohrstückkragen 12 kann seinerseits zylindrisch oder leicht konisch ausgestaltet sein. Im Beispiel besitzen Rohrstück 3 und Rohrstückkragen 12 jeweils kreisförmige Querschnitte.
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An das Flanschbauteil 1 kann am Rohrstück 3 in einem Bereich 14 ein Dom ausgeformt sein, über den eine Sonde an das Flanschbauteil 1 anschließbar sein kann. Auch dieser Dom kann beispielsweise mittels Umformtechnik am Flanschbauteil 1 integral ausgeformt sein.
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Nachfolgend wird anhand der 2–8 ein Verfahren zum Herstellen des hier vorgestellten Flanschbauteils 1 näher erläutert.
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2 zeigt eine Blechbahn 15, die in einer Vorschubrichtung 16 einem Umformwerkzeug zugeführt bzw. durch ein Umformwerkzeug durchgeführt wird. In dieser Blechbahn 15 folgen rechteckige bzw. quadratische Bahnabschnitte 17 endlos aufeinander. Diese Bahnabschnitte 17 sind so bemessen, dass jeweils ein kreisförmiges Metallblechstück 6 daraus ausstanzbar ist. Nach dem Ausstanzen des Metallblechstücks 6 verbleibt im Bahnabschnitt 17 eine komplementäre Kreisöffnung 18. Das Metallblechstück 6 bildet einen Rohling 19, der im Ausgangszustand eben ist.
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Gemäß 3 wird aus dem ebenen Rohling 19 durch Tiefziehen ein Topf 20 geformt. Der Topf 20 besitzt an dem einen Axialende einen ebenen Topfboden 21 und am anderen Axialende einen ebenen, radial nach außen abstehenden Topfrand 22. Topfboden 21 und Topfrand 22 sind durch eine ringförmige bzw. hülsenförmige Topfwand 23 miteinander verbunden, die bereits eine Grundform des Rohrkörpers 3 bildet.
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Gemäß 4 kann das Tiefziehen des Topfs 20 mehrstufig erfolgen. Beispielsweise zeigt 3 das Ergebnis einer Vorstufe, während 4 das Ergebnis einer Endstufe zeigt, die auch als Nachschlagstufe bezeichnet werden kann. Erkennbar ist beim Topf 20 gemäß 4 die Topfwand 23 in der Axialrichtung verlängert.
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Um vom Zustand gemäß 3 oder vom Zustand gemäß 4 zum Zustand gemäß 5 zu kommen, wird zum einen aus dem Topfboden 21 ein innenliegender Topfbereich ausgeschnitten, so dass an der Topfwand 23 ein radial nach innen abstehender Topfbodenrest 21' verbleibt. Zum anderen wird vom Topfrand 22 ein außenliegender Randbereich abgeschnitten, so dass nur noch ein von der Topfwand 23 radial nach außen abstehender Topfrandrest 22' verbleibt. Dementsprechend zeigt 5 einen modifizierten Topf 20', der bereits etwas an das Flanschbauteil 1 erinnert. Erkennbar sind am Topfrandrest 22' bereits Rohformen für den Ringbereich 7 und die Befestigungsbereiche 8 ausgeformt, die in 5 mit 7' bzw. 8' bezeichnet sind.
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Beim Übergang zum Zustand gemäß 6 wird an einem in 5 noch erkennbaren Außenrand 24 des Topfrandrests 22' der Flanschkragen 10 ausgeformt. Gleichzeitig entstehen dabei der Ringbereich 7 und die Befestigungsbereiche 8. Der Flansch 2 ist dann abgesehen von den Befestigungsöffnungen 9 fertiggestellt.
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Beim Übergang zum Zustand gemäß 7 wird nun ein Innenrand 25 des Topfbodenrests 21' aus 6 an einer vom Flansch 2 abgewandten Seite axial ausgestellt, wodurch gemäß 7 zum einen die Ringstufe 11 und zum anderen der Rohrstückkragen 12 ausgeformt werden. Hierdurch ist dann auch das Rohrstück 3 fertiggestellt. Das Ausformen des Flanschkragens 10 und des Rohrstückkragens 12 kann auch in umgekehrter Reihenfolge oder gleichzeitig erfolgen.
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Nachfolgend werden nun gemäß 8 die Befestigungsöffnungen 9 erzeugt, wodurch der Flansch 2 und somit auch das Flanschbauteil 1 fertiggestellt ist. Das Erzeugen der Befestigungsöffnungen 9 kann auch gleichzeitig mit dem Ausformen des Flanschkragens 10 und/oder des Rohrstückkragens 12 erfolgen.