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Die Erfindung betrifft ein Rohrelement mit einem Rohrgrundkörper, an dessen zumindest einem Endbereich ein radial nach außen gerichteter Außenflansch und ein etwa axial gerichteter Innenstutzen angeordnet sind, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Zum anderen betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Rohrelementes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
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Solche Rohrelemente finden beispielsweise in Auspuffanlagen oder anderen Rohrleitungssystemen Anwendung. Der innen liegende Innenstutzen dient als eigentliche Rohrverbindung, während der Außenflansch zur Befestigung des Rohrelementes an einem anderen Rohrelement oder einem anderem Bauteil dient.
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Bei Auspuffanlagen ist es bekannt, derartige Rohrelemente aus einem Ausgangsrohrstück herzustellen. Zur Bildung des Außenflansches wird dabei ein Außenrand aufgeweitet und so umgeformt, dass der etwa radial gerichtete Außenflansch entsteht. Zur Bildung des Innenstutzens wird ein separates Rohrstück eingeschweißt. Das Schweißen ist dabei arbeits- und zeitaufwändig. Zudem kann durch die Schweißwärme oder beim Schweißen entstandene Verunreinigungen die Werkstoffmatrix gestört werden. Dies kann zu einer Verminderung der Festigkeit und der Korrosionsbeständigkeit des Werkstückes führen. Zudem besteht beim Schweißen stets die Gefahr eines Wärmeverzuges.
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Ein gattungsbildender Stand der Technik ist aus der
DE 39 39 357 A1 bekannt. Ein Kragen für einen Behälter wird aus einem Blech herstellt, welches zum Bilden eines verdünnten Schenkels durch Abstreckziehen umgeformt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rohrelement und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, mit welchen eine effiziente und kostengünstige Herstellung eines gleichwohl besonders stabilen Rohrelementes erreichbar ist.
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Die Aufgabe wird nach der Erfindung zum einen durch ein Rohrelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Zum anderen wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Rohrelement ist vorgesehen, dass der Rohrkörper, der Außenflansch und der Innenstutzen einstückig aus einem Blech gefertigt sind. Die Herstellung aus einem im Wesentlichen ebenen Blech ist besonders günstig, da Flachmaterial deutlich preiswerter ist als geschweißte oder gar nahtlos gezogene Rohre. Die einstückige Fertigung erübrigt insbesondere aufwändige Schweißverfahren und die damit verbundenen Probleme hinsichtlich Schwächung der Festigkeit und Korrosisonsbeständigkeit.
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Es ist nach der Erfindung vorgesehen, dass der Außenflansch oder der Innenstutzen durch eine Blechfaltung gebildet sind. Abhängig vom Einsatzzweck des Rohrelementes kann durch die Blechfaltung eine definierte Materialverstärkung bewirkt werden. So kann beispielsweise ein besonders stabiler Außenflansch erzeugt werden, mit welchem höhere Spann- oder Befestigungskräfte aufgebracht werden können. Alternativ kann auch der Innenstutzen durch die Blechfaltung gebildet sein, sofern in diesem Bereich höhere Kräfte auftreten sollten.
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Weiterhin ist es bei der Erfindung vorteilhaft, dass an dem anderen Endbereich des Rohrkörpers ein zweiter Außenflansch und/oder ein zweiter Innenstutzen ausgebildet sind. Auf diese Weise kann etwa ein Adapter oder ein Zwischenstück für ein Rohrleitungssystem gebildet werden.
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Alternativ kann an dem anderen Endbereich des Rohrgrundkörpers eine dreidimensionale Randkontur ausgebildet sein. Grundsätzlich kann die Randkontur auch eben sein. Jedoch ist es besonders bevorzugt, dass bei der Herstellung aus Blech eine ansonsten etwa nur durch Fräsen herstellbare dreidimensionale Randkontur in einfacher Weise beim Blechzuschnitt oder durch einen einfachen Stanzvorgang erzeugt werden kann.
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Die Ausgestaltung des Außenflansches und des Innenstutzens kann sehr flexibel gehandhabt werden. Besonders bevorzugt ist es nach der Erfindung, dass zwischen dem Außenflansch und dem Innenstutzen ein Aufnahmeraum, etwa für Dichtungsmaterial, gebildet ist. Hierbei kann der Innenstutzen axial gegenüber dem Außenflansch vorstehen, wobei der Außenflansch nicht rein radial gerichtet, sondern schräg mit einer gewissen Axialkomponente gerichtet ist.
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Weiterhin betrifft die Erfindung eine Rohrverbindungsanordnung mit zwei zueinander gerichteten Rohrelementen, welche jeweils einen etwa radial gerichteten Außenflansch und einen etwa axial gerichteten Innenstutzen aufweisen, wobei über eine Verbindungseinrichtung die Außenflansche gegeneinander gespannt sind. Nach der Erfindung ist eine derartige Rohrverbindungsanordnung dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Rohrelement gemäß der vorausgegangenen Beschreibung vorgesehen ist. Gerade bei derartigen Rohrverbindungsanordnungen sorgt die einstückige, schweißnahtfreien Gestaltung von einem oder bevorzugt von beiden Rohrelementen für eine auch unter dynamischen Beanspruchungen besonders stabile Verbindung.
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Dabei ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, dass die Innenstutzen als zueinander passende Zentrierstutzen ausgebildet sind, welche einen lückenlosen Übergang bilden. Dabei bildet ein Innendurchmesser eines Innenstutzens mit dem Außendurchmesser des gegenüberliegenden Stutzens eine gewünschte Passung, so dass die beiden Stutzen zur Herstellung einer durchgängigen Rohrverbindung ineinandersteckbar sind. Grundsätzlich ist aber auch eine gleiche Ausbildung der Innenstutzen denkbar, wobei deren Stirnkonturen dann zueinander passend ausgebildet sind.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass der Rohrgrundkörper, der Außenflansch und der Innenstutzen einstückig aus einem Blech gefertigt, insbesondere auf einer Presse tiefgezogen, werden. Die Herstellung aus einem günstigen Flachmaterial erlaubt eine kostengünstige und besonders stabile Herstellung eines Rohrelementes. Durch die Fertigung auf einer Tiefziehpresse ist zudem das Rohrelement nicht auf einen rotationssymmetrischen Querschnitt beschränkt. Vielmehr können ohne weiteres ovale, eckige oder andere polygonale Querschnittformen hergestellt werden.
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Eine besonders zweckmäßige Durchführung des Verfahrens ergibt sich nach der Erfindung dadurch, dass aus dem Blech ein Napf tiefgezogen wird, dessen Randbereich zumindest zweimal gekantet wird, wobei eine Blechfaltung geschaffen wird, welche den Innenstutzen bildet, und ein freier Rand den Außenflansch bildet. Der hierzu verwendete Randbereich wird dabei maßgeblich durch den beim Tiefziehen eines Napfes gebildeten radialen Rand geschaffen. Dies erlaubt eine besonders gute Materialausnutzung.
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Weiter ist es erfindungsgemäß, dass aus dem Blech ein Napf tiefgezogen wird, dessen Bodenbereich unter Bildung eines Innenrandes zumindest teilweise ausgestanzt wird.
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Gemäß der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass ein Bereich entlang des Innenrandes zumindest zweimal gekantet wird, wobei eine Blechfaltung geschaffen wird, welche den Außenflansch bildet, und der freie Innenrand zum Innenstutzen geformt wird. Somit kann auch an einem Bodenbereich des tiefgezogenen Napfes ein Außenflansch und ein Innenstutzen geformt werden.
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Der Umfangsbereich des Napfes bildet den Rohrgrundkörper. In Kombination mit dem oben beschriebenen Verfahrensschritt des Ausbildens eines Außenflansches und eines Innenstutzens am Randbereich des Napfes kann so ein Rohrelement mit einer zweifachen Anschlussmöglichkeit geschaffen werden.
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Alternativ ist es nach der Erfindung vorgesehen, dass der Innenrand mit einer definierten Kontur gestanzt wird, welche anschließend axial hochgestellt wird und eine gewünschte dreidimensionale Randstruktur bildet. Für bestimmte Anwendungsfälle kann es vorgesehen sein, dass ein Rohrelement einen Anschlussstutzen bilden soll, welcher etwa an einem frei geformten Gehäuse anzuschweißen ist. Zur Anpassung an die dreidimensionale Gehäuseform ist üblicherweise eine entsprechende dreidimensionale Randkontur an den Stutzen einzufräsen. Diese dreidimensionale Randstruktur kann erfindungsgemäß durch einfaches Stanzen mit einer definierten Stanzkontur im radialen Bodenbereich des Napfes bewirkt werden. Durch anschließendes axiales Hochklappen oder Biegen dieser Kontur ergibt sich die axial gerichtete gewünschte dreidimensionale Randstruktur.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen weiter erläutert, welche schematisiert in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind.
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In den Figuren zeigen:
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1 bis 4 Schematische Querschnittsansichten durch ein erfindungsgemäß bearbeitetes Werkstück;
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5 eine Querschnittsansicht durch ein weiteres erfindungsgemäß hergestelltes Rohrelement; und
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6 eine perspektivische, gedrehte Ansicht des Rohrelementes von 5.
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Aus den 1 bis 4 gehen verschiedene Stadien bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Rohrelementes 20 hervor. Ausgangswerkstück ist ein ebenes Blech 5, welches in 1 gezeigt. Dieses Blech 5 wird vorzugsweise durch Tiefziehen zu einem Napf 10 umgeformt, welcher in der Darstellung gemäß 2 eine rotationssymmetrische Form aufweist. Der tiefgezogene Napf 10 weist eine Zylinderwand 15 auf. Die Zylinderwand 15 ist an einer Seite mit einem radial verlaufenden Boden 14 geschlossen, während an der anderen, offenen Seite ein radial gerichteter, ringförmiger Randbereich 12 gebildet ist.
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In einem weiteren Verfahrensschritt gemäß 3 wird in den Bodenbereich 14 ein Loch 18 eingestanzt, wodurch ein gewünschter Innenrand 16 gebildet wird. Der Innenrand 16 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel kreisförmig ausgeführt. Es können jedoch andere Randkonturen gebildet werden, wie nachfolgend noch erläutert wird.
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In einem oder mehreren Umformschritten, welche vorzugsweise ebenfalls auf einer Presse mit einem Transferwerkzeug durchgeführt werden, wird das erfindungsgemäße Rohrelement 20 spanlos und ohne Schweißnaht fertig gestellt. Die Zylinderwand 15 des zuvor beschriebenen Napfes 10 bildet dabei im Wesentlichen einen Rohrgrundkörper 22 des Rohrelementes 20. An einem ersten Endbereich 24 des Rohrelementes 20 wird der Randbereich 12 des Napfes 10 durch mindestens zweifaches Biegen oder Kanten umgeformt. Hierdurch wird eine Blechfaltung erzeugt, welche einen ersten radial gerichteten Innenstutzen 36 bildet, während der verbliebene freie Rand etwa radial nach außen zu einem ersten Außenflansch 30 geformt wird. Hierbei wird teilweise ein Aufnahmeraum 28 umschlossen, welcher eventuell später zur Aufnahme eines Dichtungsmaterials dienen kann.
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An einem gegenüberliegenden Endbereich 26 des Rohrelementes 20 wird der ausgestanzte Bodenbereich 14 des Napfes 10 ebenfalls durch mehrfaches Biegen oder Kanten zu einem etwa schräg radial nach außen verlaufenden zweiten Außenflansch 40 und einem axial gerichteten Innenstutzen 46 geformt. Durch die Blechfaltung wird der Außenflansch 40 mit der doppelten Materialstärke gebildet, so dass dieser besonders hohe Kräfte aufnehmen kann. Bei der Ausbildung des Innenstutzens 36 an der offenen Seite des Napfes 10 kann dieser mit der Blechfaltung und damit mit der doppelten Wandstärke ausgebildet werden.
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Das Rohrelement 20 gemäß 4 hat somit eine doppelte Anschlussmöglichkeit und kann etwa als ein Adapter eingesetzt werden.
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Eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rohrelementes 20 ist in den 5 und 6 dargestellt. Der erste Innenstutzen 36 und der erste Außenflansch 30 sowie der Rohrgrundkörper 22 sind bei diesem erfindungsgemäßen Rohrelement 20 wie bei dem zuvor beschriebenen Verfahren gebildet.
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Im Unterschied zu dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ist jedoch an dem anderen Ende 26 kein weiterer Außenflansch oder Innenstutzen ausgebildet. Vielmehr wird bei dieser Ausführungsform in den Bodenbereich 14 des Napfes 10 ein Loch 18 mit einer definierten, frei geformten Außenkontur eingestanzt. Durch axiales Hochstellen der radial verlaufenden Randkanten mit dem definiert geformten Innenrand 16 kann eine gewünschte dreidimensionale Randstruktur 38 ausgebildet werden. Eine derartige axial gerichtete dreidimensionale Randstruktur 38 kann so in einfacher Weise auf einer Presse hergestellt werden. Derartige Randstrukturen 38 an Rohrkörpern müssten ansonsten in aufwendiger Weise durch ein CNC-Fräsen herausgearbeitet werden. Die dreidimensionale Randstruktur 38 dient beispielsweise zur Anpassung des Rohrelementes 20 an ein dreidimensional geformtes Gehäuse, wenn das Rohrelement 20 beispielsweise als ein Anschlussstutzen an einem derartigen Gehäuse angeschweißt werden soll.
