DE19733473A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Anbindung eines lambda-Sondenhalters an ein Abgasrohr - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer An­ bindung eines hohlzylindrischen λ-Sondenhalters an ein Abgas­ rohr gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und eine Vor­ richtung zu der Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruches 9.

λ-Sondenhalter sind in vielfältiger Art wie beispielsweise aus er DE 34 09 045 C1 bekannt. Bei all diesen Bauarten wird der Halter in seiner Form in ganz spezieller Weise an die gekrümmte Form des Abgasrohres angepaßt, um eine maßhaltige Anbindung des Halters an das Abgasrohr zu erhalten, die gewährleistet, daß durch einen sich anschließenden Schweißvorgang des Halters an das Abgasrohr eine mechanisch und thermisch belastbare Verbin­ dung zwischen den Verbindungspartnern entsteht. Die spezielle Anpassung ist jedoch fertigungstechnisch aufwendig und daher kostenintensiv. Insbesondere bei knappen Bauraumverhältnissen, bei denen der hohlzylindrische Halter zwangsweise mit seiner Mantelfläche am Abgasrohr angebracht werden muß, kann dies bis­ lang nahezu maßgerecht nur zum einen durch hochkompliziertes Konturenfräsen der Mantelfläche des Halters oder durch Ausbil­ dung des Halters als Feingußteil, an dem die Anlagekontur beim Gießvorgang ausgestaltet wird. Beide Verfahren erfordern teuere Werkzeuge und lange Prozeßzeiten, die ebenfalls für gesteigerte Kosten beim Ausbilden einer geeigneten Anbindung des Halters am Abgasrohr sorgen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zu entwickeln, mit dem in einfacher Weise und bauraumsparend eine maßhaltige Anbindung eines λ-Sondenhalters an ein Abgasrohr erzielbar ist.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patent­ anspruches 1 hinsichtlich des Verfahrens und durch die Merkmale des Patentanspruches 9 hinsichtlich der Vorrichtung gelöst.

Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, zur Ausbildung der An­ bindung die Innenhochdrucktechnik auszunützen, mittels der auf­ grund der daraus erwachsenen Möglichkeit, Abgasrohre mit kom­ pliziert verlaufenden Krümmungen quasi fertigungstoleranzfrei auszubilden, Abgasstränge oder Teile davon in letzter Zeit ver­ mehrt hergestellt werden. Dabei wird in einfacher Weise das Ab­ gasrohr mittels Innenhochdruck an der Stelle, an der die künf­ tige Anlagefläche des Halters vorgesehen ist, bezüglich der An­ lagekontur der Mantelfläche des Halters konturgetreu, also formnegativ an diese angepaßt. Die Anbindung des Halters mit seiner Mantelfläche an das Abgasrohr erspart Bauraum, wobei der Halter an dieser Stelle in gewissem Umfang quasi in das Abgas­ rohr zumindest jedoch in die Rohrwandung versenkt gelegen ist. Dies geschieht verfahrensökonomisch gemeinsam mit der Umformung des Rohrrohlinges zur gewünschten Fertigform des Abgasrohres in nur einem Arbeitsgang. Günstig ist darüber hinaus, daß die Aus­ bildung dieser Anbindung über vielzählige Umformabläufe hinweg exakt reproduzierbar ist. Des weiteren entfällt die Ausbildung von teueren Spezialteilen, wie das anfangs erwähnte Feinguß­ teil, sowie aufwendige gesonderte Fertigungsverfahren, die ge­ eignet sind, um den Halter dem Abgasrohr in der Anlagekontur anzupassen. Nunmehr ist es lediglich ein einfaches und damit kostengünstiges Drehteil als Halter erforderlich, das außer dem Innengewinde für die Schraubaufnahme der λ-Sonde allein eine Querbohrung aufweisen muß, die mit der Öffnung im Abgasrohr zur Erreichung eines Zugangs des Abgasstromes zur λ-Sonde korres­ pondiert. Weiterhin erscheint die gemeinsame Benutzung ein und desselben Werkzeuges in Richtung der Kostenersparnis und des Platzaufwandes vorteilhaft. Dabei kann das Formgebungsmittel entweder fest in einer Matrize des Umformwerkzeuges installiert oder in einer Austauschmatrize aufgenommen sein, die bedarfs­ weise in den Grundkörper des Umformwerkzeuges eingesetzt werden kann.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteran­ sprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles nachfolgend näher erläutert; dabei zeigt:

Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung einen Abgasstrang mit einem λ-Sondenhalter in erfindungsgemäßer Anbindung an zwei Abgasrohre des Stranges,

Fig. 2 in einer perspektivischen Darstellung ein Abgasrohr des Stranges aus Fig. 1 mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Anla­ gefläche für einen λ-Sondenhalter,

Fig. 3 in einem seitlichen Längsschnitt den λ-Sondenhalter aus Fig. 1,

Fig. 4 in einem Querschnitt ein Rohrrohling in einem Innenhoch­ druck-Umformwerkzeug mit integriertem Prägestempel,

Fig. 5 in einem Querschnitt den Rohrrohling aus Fig. 4 unter Beaufschlagung des Prägestempels in drucklosem Zustand des In­ nenhochdruck-Umformwerkzeuges,

Fig. 6 in einem Querschnitt den Rohrrohling aus Fig. 4 unter Beaufschlagung des Prägestempels mit im Innenhochdruck-Umform­ werkzeug herrschendem Innenhochdruck,

Fig. 7 in einem Querschnitt den Rohrrohling aus Fig. 4 unter Beaufschlagung des Prägestempels und eines Stanzstempels mit im Innenhochdruck-Umformwerkzeug herrschendem Innenhochdruck,

Fig. 8 in einem Querschnitt den Rohrrohling aus Fig. 4 im Nie­ derdruckzustand des Innenhochdruck-Umformwerkzeuges mit rück­ versetztem Präge- und Stanzstempel beim Verklemmen des Lochbut­ zens in der Lochung mittels eines Stößels.

In Fig. 1 ist ein Abgasstrang 1 dargestellt, der einerseits an einem Eingangsflansch 2, mittels dessen der Strang 1 an einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine befestigt ist, und ande­ rerseits an einem Ausgangsflansch 3 angebracht ist, an den sich zum Auspuff hin die weitere Abgasleitung, bspw. unmittelbar ein Katalysator, anschließt. Der Abgasstrang 1 ist im wesentlichen aus zwei separat verlaufenden Abgasrohre 4, 5 gebildet, die im Bereich des Ausgangsflansches 3 ineinander münden. Stromauf dieser Einmündung ist zwischen den Rohren 4, 5 ein hohlzylindri­ scher hülsenförmiger λ-Sondenhalter 6 angeordnet, der an beiden Rohren 4, 5 mit Bereichen seiner Mantelfläche 7 flächig ange­ schweißt ist.

Der Sondenhalter 6 ist als Drehteil ausgebildet (Fig. 3) und weist eine zentrische Bohrung 8 mit einem Innengewinde 9 auf, in die die λ-Sonde 10 eingeschraubt ist. Der Sondenhalter 6 be­ sitzt weiterhin zwei Querbohrungen 11, 12, die die zentrische Bohrung 8 zumindest anschneiden und auch - je nach Lage der Rohre 4, 5 und des Sondenhalters 6 zueinander - als eine einzige Durchgangsbohrung ausgebildet sein können. Die Querbohrungen 11, 12 bzw. die Durchgangsbohrung dienen zur Verbindung des Meß­ fühlers der λ-Sonde 10 mit einem in den Rohren 4, 5 geführten Abgasstrom.

Die Rohre 4, 5 sind maßhaltig innenhochdruckumgeformt und kali­ briert. Stellvertretend für beide Rohre 4, 5 weist an der Stelle der Anlage des Sondenhalters 6 das Abgasrohr 4 eine Einwölbung 13 auf, die formnegativ zur Anlagekontur der Mantelfläche 7 des Sondenhalters 6 mittels Innenhochdruckumformen ausgebildet ist. In der Einwölbung 13 besitzt das Abgasrohr 4 eine Öffnung 14, an die sich die Querbohrung 11 anschließt und über die die Son­ de 10 mit Abgas aus dem Abgasrohr 4 beaufschlagbar ist.

Im folgenden ist im Zusammenspiel mit dem dazu verwandten Werk­ zeug der Herstellungsprozeß der die Einwölbung 13 und die Öff­ nung 14 beinhaltenden Anbindung anhand der Fig. 4-8 beschrie­ ben.

Ein Rohrrohling 15 wird in ein Innenhochdruck-Umformwerkzeug 16 eingelegt, das in ein Oberwerkzeug 17 und ein Unterwerkzeug 18 geteilt ist. Dabei wird vom Oberwerkzeug 17 und Unterwerkzeug 18 durch Vorsehen entsprechender Aussparungen in deren einander zugewandten Stirnflächen 19, 20 eine Gravur 21 gebildet, in die der Rohling 15 mit Spiel liegt. In der Trennebene 22 der beiden Werkzeughälften 17, 18 liegt eine Führungsbohrung 23, die in die Gravur 21 ausmündet und in der ein Prägestempel 24 verschiebbar geführt ist.

Die zum Rohling 15 weisende in die Gravur 21 eintauchbare Stirnseite 25 des Prägestempels 24 ist in ihrer Konturierung - zumindest dort, wo später sich die Anlagefläche der Einwölbung 13 für den Sondenhalter 6 befindet - entsprechend der Anlage­ kontur der Mantelfläche W des Sondenhalters 6 ausgebildet. In Fig. 4 befindet sich der Prägestempel 24 noch in einer von der Gravur 21 zurückgezogenen Position, wobei das Umformwerkzeug 16 und der Rohling 15 in bezüglich eines Fluiddruckes drucklosem Zustand sind.

Der Prägestempel 24 wird nun gemäß Fig. 5 in die Gravur 21, vorzugsweise hydraulisch, hineingeschoben, wobei er den Rohling 15 an der Beaufschlagungsfläche einbeult. Dies kann sowohl ohne vorherige Befüllung des Rohlings 15 mit einem Druckfluid erfol­ gen als auch mit Befüllung ggf. unter Erzeugung eines gemäßig­ ten unterhalb eines Umformdruckes angesiedelten Innenhoch­ druckes. Mit Befüllung wird die Knickgefahr des Rohlings 15 bei der Einbeulung zwar vermieden, jedoch sind zur einbeulenden Be­ aufschlagung hohe Eindrückkräfte erforderlich. Ohne Befüllung besteht die Gefahr des Knickens, jedoch kann dies durch geeig­ nete Auslegung des Stempeldurchmessers und der Rohrwandstärke ebenfalls vermieden werden. Auf alle Fälle kann die Einbeulung in einfacher Weise erfolgen. In dieser Einbeulstellung ver­ bleibt vorerst der Prägestempel 24. Wenn nicht schon vorher ausgeführt, wird nun der eingebeulte Rohling 15 mit einem Druckfluid befüllt.

Danach wird ein Innenhochdruck aufgebaut, der den Rohling 15 aufweitet und an die Konturierung des Prägestempels 24 preßt (Fig. 6). Nach weitgehender Anlage der Rohlingswandung an die Gravur 21 des Umformwerkzeuges 16 wird ein den bisherigen Auf­ weitdruck übersteigender Kalibrierdruck erzeugt, mittels dessen das nunmehr in seiner Fertigform maßhaltig vorliegende Abgas­ rohr 4, 5 in einem Preßsitz an der Gravur 21 allseitig anliegt und die aus der Einbeulung resultierende Einwölbung 13 fertig ausgebildet wird. Aufgrund der Kalibrierdruckes werden auch die hinsichtlich der Einbeulung nebenliegenden, bei dem Einbeulvor­ gang unerwünscht miteingezogenen Bereiche der Rohlingswand aus­ gebeult und entsprechend der Anlage an der Gravur 21 eingeeb­ net. Denkbar ist, das Ausbilden der Einwölbung 13 samt Einbeu­ len während des Aufweitens des Rohrrohlinges 15 erfolgen zu lassen, wodurch Prozeßzeit eingespart wird. Dies erfordert je­ doch das Aufbringen hoher hydraulischer Kräfte für den Präge­ stempel 24 sowohl beim Einbeulen als auch beim Formgeben der Einwölbung 13. Des weiteren ist ebenfalls denkbar, zuerst den Rohrrohling 15 in die Fertigform des Abgasrohres 4, 5 umzuformen und dann in einer anschließenden Umformstufe die Ausbildung der Einwölbung 13 vorzunehmen. Dies bringt zwar den Nachteil ver­ längerter Prozeßzeit, erniedrigt jedoch den Kraftaufwand für den Prägestempel 24, da die Druckverhältnisse innerhalb des fertiggeformten Abgasrohres 4, 5 gezielt auf die Ausbildung der Einwölbung 13 anpaßbar sind.

Alternativ zu dem Prägestempel 24 ist es denkbar, daß das Ab­ gasrohr 4, 5 oder der Rohrrohling 15 mittels Innenhochdruck an eine Gravur 21 eines Innenhochdruck-Umformwerkzeuges 16 ange­ preßt wird, die an der Stelle der zu erzeugenden Einwölbung 13 entsprechend der Konturierung des Sondenhalters 6 ausgebildet ist. Hierbei wird zwar durch den Wegfall des Prägestempels 24 die Teilezahl für den Herstellungsprozeß reduziert und die Steuerung für diesen insgesamt vereinfacht, jedoch können nur Rohrrohlinge 15 bzw. Abgasrohre 4, 5 in die Gravur 21 einge­ bracht werden, deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmes­ ser der Gravur 21 an der Stelle ihres nach innen stehenden Kon­ turwulstes. Einerseits schließt dies eine Einbringung eines fertigumgeformten Abgasrohres 4, 5 zur Ausbildung einer Einwöl­ bung 13 aus, da dazu auch gleichzeitig eine Aufweitung des Ab­ gasrohres 4, 5 einhergeht, die die Fertigform unerwünscht verän­ dert. Andererseits werden nach Einbringen eines Rohrrohlinges 15 beim Aufweiten bis zur Anlage an der Gravur 21 relativ hohe Umformgrade erforderlich, die gegebenenfalls zum Versagen des Rohlingsmaterials und damit zu einer erhöhten Ausschußrate des gefertigten Abgasrohres 4, 5 führen.

Wie aus Fig. 7 zu entnehmen ist, verweilt der Prägestempel 24 weiterhin in seiner Einbeulstellung. Der Prägestempel ist hohl­ gebohrt und nimmt in seiner Bohrung 26 einen dort verschiebbar geführten Stanzstempel 27 auf. Der Stanzstempel 27 weist eine stirnseitige Ringzacke 28 auf, mit der er bei Beaufschlagung des Abgasrohres 4, 5 in dessen Wandungsmaterial eindringt, wobei die Eindringtiefe derart bemessen ist, daß nur noch eine schma­ le umlaufende Dünnstelle 29 in der Rohrwandung verbleibt. Da­ nach wird der Stanzstempel 27 zurückgezogen, wonach unter In­ nenhochdruck die Rohrwandung entlang der Dünnstelle 29 sauber reißt, wodurch die Öffnung 14 im Abgasrohr 4, 5 und ein Lochbut­ zen 30 aus Wandungsmaterial entsteht. Der Stanzstempel 27 wird nur soweit zurückgezogen, daß der Lochbutzen 30 die Öffnung 14 nicht verläßt. Durch den Riß entsteht im umgeformten Abgasrohr 4, 5 ein Druckabfall. Aufgrund der Integrierung des Stanzstem­ pels 27 in den Prägestempel 24 wird zum einen Bauraum im Um­ formwerkzeug 16 gespart und zum anderen eine in der Lage inner­ halb der Einwölbung 13 jederzeit und ohne Aufwand exakt repro­ duzierbare Öffnung 14 erzeugt. In der oben erwähnten auf einer speziellen Ausbildung der Gravur 21 basierenden Alternative kann ebenfalls eine Durchführung angeordnet sein, in der ein einen Stanzstempel aufnehmender Prägestempel geführt ist.

Nach Fig. 8 weist der Stanzstempel 27 mittig eine Führungsboh­ rung 31 auf, in der ein Stößel 32 verschiebbar geführt ist. Der Stößel 32 ist federbelastet und beim Stanzen gegen das Abgas­ rohr 4, 5 vorgespannt. Nach dem Druckabfall herrscht im Abgas­ rohr 4, 5 nur noch ein einen Umformdruck untersteigender Fluid­ innendruck, wobei auch eine völlige Druckentspannung vorgesehen sein kann. Weiterhin ist es denkbar, das Fluid aus dem Abgas­ rohr 4, 5 herauszuleiten. In allen erwähnten Fällen wird feder­ belastet mit dem Stößel 32 der Lochbutzen 30 beaufschlagt und in die Öffnung 14 überstandsfrei in verklemmender Weise hinein­ geschoben. Der Prägestempel 24 wird gemeinsam mit dem Stanz­ stempel 27 zurückgezogen, wodurch sich beide vom Abgasrohr 4, 5 lösen. Nach Öffnen des Umformwerkzeuges 16 wird das umgeformte und gelochte Abgasrohr 4, 5 entnommen, wonach der Lochbutzen 30 durch einen Stift herausgedrückt wird, so daß die Öffnung 14 im Abgasrohr 4, 5 freigegeben wird. In einem abschließenden Vorgang wird letztlich der Halter 6 konturgerecht in die Einwölbung 13 an dem Abgasrohr 4, 5 eingesetzt und mit diesem verschweißt.

Im übrigen sei noch angemerkt, daß die Anlagefläche auch an Hohlprofilen jedwelcher Art ausgebildet werden kann, wie bei­ spielsweise im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine oder an hohlen Rahmenteilen von Karosserien oder Achsträgern bzw. -len­ kern.

Claims (13)

1. Verfahren zur Herstellung einer Anbindung eines hohlzylin­ drischen λ-Sondenhalters (6) an ein mit einer Öffnung (14) zur Beaufschlagung der im Halter (6) befestigten λ-Sonde (10) mit Abgas versehenes Abgasrohr (4, 5), das aus einem Rohrrohling (15) zur gewünschten Fertigform innenhochdruckumgeformt wird, wobei mittels des Innenhochdruckumformens eine zur Anlagekontur der Mantelfläche (7) des Halters (6) formnegative von einer Einwölbung (13) gebildete Anlagefläche am Abgasrohr (4, 5) aus­ geformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausformung der Anlagefläche (13) während der Herstel­ lung der Fertigform des Abgasrohres (4, 5) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer sich an den Innenhochdruckumformvorgang hinsicht­ lich der Fertigform des Abgasrohres (4, 5) anschließenden weite­ ren Innenhochdruckumformstufe die Anlagefläche (13) am Abgas­ rohr (4, 5) ausgeformt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Stelle der auszubildenden Anlagefläche (13) der Rohrrohling (15) oder das fertiggeformte Abgasrohr (4, 5) mit­ tels eines Prägestempels (24) eingebeult wird, und daß in Ein­ beullage des Stempels (24) das Rohrmaterial an die der Kontu­ rierung der Anlagefläche (13) entsprechend ausgebildete Präge­ kontur des Stempels (24) mittels Innenhochdruck angepreßt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbeulen in drucklosem Zustand des Rohrrohlinges (15) oder des Abgasrohres (4, 5) erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbeulen entgegen eines im Rohrrohling (15) oder Ab­ gasrohr (4, 5) bestehenden Innenhochdruckes erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasrohr (4, 5) oder der Rohrrohling (15) mittels In­ nenhochdruck an eine Gravur (21) eines Innenhochdruck-Umform­ werkzeuges (16) angepreßt wird, die an der Stelle der zu erzeu­ genden Anlagefläche (13) entsprechend der Konturierung der an­ liegenden Mantelfläche (7) des Sondenhalters (6) ausgebildet ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Ausformung der Anlagefläche (13) die Öffnung (14) des Abgasrohres (4, 5) unter Innenhochdruckbeaufschlagung des Abgas­ rohres (4, 5) durch Stanzen erzeugt wird.

9. Vorrichtung zur Herstellung einer Anbindung eines hohlzylin­ drischen λ-Sondenhalters (6) an ein mit einer Öffnung (14) zur Beaufschlagung der im Halter (6) befestigten λ-Sonde (10) mit Abgas versehenes Abgasrohr (4, 5), mit einem in ein Ober- und Unterwerkzeug (17, 18) geteiltes Innenhochdruck-Umformwerkzeug (16) zum Umformen eines in dessen Gravur (21) eingebrachten Rohrrohlinges (15) in die gewünschte Fertigform des Abgasrohres (4, 5), und mit einem in das Umformwerkzeug (16) integrierten Formgebungsmittel, dessen rohrzugewandte Kontur der Anlagekon­ tur der Mantelfläche (7) des Halters (6) an der Stelle der spä­ teren Anlagefläche (13) am Abgasrohr (4, 5) entspricht, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Formgebungsmittel von einer Einwölbung (13) der Gravur (21) des Umformwerkzeuges (4, 5) gebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Formgebungsmittel durch ein Prägestempel (24) gebildet ist, der innerhalb einer im Umformwerkzeug (16) angeordneten und in die Gravur (21) mündenden Führungsbohrung (23) ver­ schiebbar geführt ist, wobei die Kontur der in die Gravur (21) eintauchbaren Stirnseite (25) des Prägestempels (24) entspre­ chend der Anlagekontur der Mantelfläche (7) des Halters (6) ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen in das Umformwerkzeug (16) integrier­ ten Stanzstempel (27) beinhaltet, mittels dessen die Öffnung (14) im fertiggeformten Abgasrohr (4, 5) erzeugbar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Stanzstempel (27) innerhalb einer im Formgebungsmittel ausgebildeten Durchführung (26) verschiebbar gehalten ist.