DE102007036205B4

DE102007036205B4 - Verfahren zum Herstellen einer luftspaltisolierten Rohreinheit und Abgasrohreinheit

Info

Publication number: DE102007036205B4
Application number: DE102007036205.8A
Authority: DE
Inventors: Christian Lacher
Original assignee: Faurecia Emissions Control Technologies Germany GmbH
Current assignee: Faurecia Emissions Control Technologies Germany GmbH
Priority date: 2007-08-02
Filing date: 2007-08-02
Publication date: 2019-05-16
Anticipated expiration: 2027-08-03
Also published as: DE102007036205A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer luftspaltisolierten Rohreinheit, mit einem Innen- und einem Außenrohr (12, 10), gekennzeichnet durch folgende Schritte:- Ineinanderstecken der beiden Rohre (10, 12),- Ausformen mindestens eines Abstandshalters (24) im Außen- und/oder Innenrohr (10, 12), indem vor oder nach dem Ineinanderstecken im axial mittleren Bereich (14) der Rohre (10, 12) wenigstens eine Sicke (42) bei einem Außenrohr (10) und/oder wenigstens eine Aufweitung (40) bei einem Innenrohr (12) erzeugt wird,- festes Verbinden der beiden Rohre (10, 12) im Bereich des Abstandshalters (24),- anschließendes Biegen der gebildeten Rohreinheit unter Vorsehen von Abstandsmitteln zwischen den Rohren (10, 12) und- Vorsehen eines Schiebesitzes wenigstens an einem der beiden axialen Rohrenden (20, 22) durch Stauchen des Außenrohres (10) und/oder Aufweiten des Innenrohres (12).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer luftspaltisolierten Rohreinheit, insbesondere einer Abgasrohreinheit einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Innen- und einem Außenrohr; sowie eine Rohreinheit.
Aus der DE 298 17 611 U1 ist eine luftspaltisolierte Rohreinheit bereits bekannt. Dabei werden am Außenrohr vor dem Biegen der ineinandergesteckten Rohreinheit Sicken, d.h. nach innen vorstehende Vorsprünge, als Abstandshalter ausgeformt, die die beiden Rohre auch während und nach dem Biegen auf definiertem Abstand halten.
Die DE 101 57 131 A1 beschreibt eine Abgasleitung und ein Verfahren zu seiner Herstellung, bei der eine Luftspaltisolierung vorhanden ist. Am Übergang von zwei axial aufeinanderfolgenden Leitungsabschnitten sind vier Rohre ineinandergesteckt. Ein Faltenbalg überdeckt den Übergangsbereich zusätzlich. Alternativ werden zwei ineinandergesteckte Rohre axial mittig zueinander radial und axial positioniert, indem das innere Rohr eine stufenförmige Aufweitung hat, auf der das äußere Rohr sitzt.
Ein im Querschnitt wellenförmiges Innenrohr, auf dem das Außenrohr sitzt, zeigt die DE 43 45 052 A1 .
Schließlich offenbart die DE 198 57 445 A1 eine luftspaltisolierte Abgasrohrleitung, bei der das äußere Rohr einige Einbuchtungen hat, mit denen es sich am Innenrohr abstützt.
Bei längeren Rohreinheiten, insbesondere bei Abgasrohreinheiten von Verbrennungskraftmaschinen, muss den einzelnen Rohren eine unterschiedliche Ausdehnung erlaubt werden. Das Außenrohr wird dabei üblicherweise in der Mitte aus zwei Einzelrohren zusammengeschweißt, wogegen das Innenrohr aus zwei ineinandergesteckten Einzelrohren in der Mitte mit einem Schiebesitz versehen ist, der Wärmeausdehnungen erlaubt. An den axialen Enden werden die Außen- und Innenrohre miteinander verschweißt.
Die Erfindung schafft ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zum Herstellen einer luftspaltisolierten Rohreinheit. Dies wird durch folgende Schritte erreicht:

- Ineinanderstecken der beiden Rohre,
- Ausformen mindestens eines Abstandshalters im Außen- und/oder Innenrohr, indem vor oder nach dem Ineinanderstecken im axial mittleren Bereich der Rohre wenigstens eine Sicke bzw. wenigstens eine Aufweitung erzeugt wird,
- festes Verbinden der beiden Rohre im Bereich des Abstandshalters,
- anschließendes Biegen der gebildeten Rohreinheit unter Vorsehen von Abstandsmitteln zwischen den Rohren und
- Vorsehen eines Schiebesitzes wenigstens an einem der beiden axialen Rohrenden durch Stauchen des Außenrohres und/oder Aufweiten des Innenrohres.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren bestehen sowohl das Außen- als auch das Innenrohr aus einem von Hause aus einstückigen Rohr, sodass die Rohre nicht aus je zwei Hälften zusammengesetzt werden. Die Rohre werden unter Bildung des Abstandshalters in etwa in der Mitte, d.h. im mittleren Drittel ihrer axialen Erstreckung, fest und damit unverschieblich und bleibend miteinander verbunden. An den axialen Enden hingegen ist eine Längsausdehnung z.B. bei Temperaturänderungen möglich, was durch den Schiebesitz oder die beiden Schiebesitze erlaubt wird.
Das Ausformen des mindestens einen Abstandshalters kann vor oder nach dem Ineinanderstecken der Rohre erfolgen.
Die feste Verbindung ist eine feste Verbindung sowohl in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung.
Ein Beispiel für eine solche Verbindung ist eine Presspassung zwischen Außen- und Innenrohr, indem das Außenrohr mit einer oder mehreren nach innen gegen das Innenrohr drückenden Sicken versehen ist. Diese Sicken können auch das Innenrohr mit umformen, was jedoch nicht zwingend notwendig ist, wobei durch ein Umformen des Innenrohres auch noch eine axial wirkende formschlüssige Verbindung erreicht werden würde.
Es kann eine umlaufende Sicke zur Erzielung der Pressverbindung oder mehrere am Umfang voneinander beabstandete Sicken vorgesehen sein.
Eine weitere oder zusätzliche Möglichkeit, die Rohre miteinander zu verbinden, ist eine Schweiß- oder Lötverbindung im Bereich des Abstandshalters. Dabei kann evtl. zusätzlich zur Pressverbindung die Schweiß- oder Lötverbindung als Sicherung eingesetzt werden, oder der Abstandshalter bildet einen Schiebesitz zur exakten Positionierung, und die spätere Schweiß- oder Lötverbindung sorgt dann für die eigentliche Fixierung der Rohre.
Der Schiebesitz oder die Schiebesitze können nach Biegen der Rohreinheit erzeugt werden oder bereits zuvor. Wenn sie vor dem Biegen hergestellt werden, wirken die gestauchten und/oder aufgeweiteten Rohrenden als Abstandshalter. Bei der Herstellung des Schiebesitzes nach dem Biegen ist die Gefahr deutlich geringer, dass sich die Rohre durch das Biegen zueinander verkanten, sodass der Schiebesitz behindert wird.
Als Abstandsmittel für das Biegen kann insbesondere ein Füllmedium wie Granulat zwischen die Rohre, d.h. in den Rohrzwischenraum (auch Ringraum genannt), eingebracht werden. Dieses Füllmedium wird nach dem Biegen wieder entfernt und sichert die Beabstandung der Rohre auch beim Biegen. Ein anderes Füllmittel ist Sand.
Zusätzliche oder alternative Abstandsmittel bestehen darin, vor dem Biegen Sicken oder Aufweitungen im Außen- bzw. Innenrohr vorzusehen, ähnlich wie dies in der vorgenannten DE 298 17 611 U1 der Fall ist. Diese Sicken/Aufweitungen dienen dann als Abstandsmittel während des Biegeprozesses, die allerdings auch nach dem Biegen erhalten bleiben. Es wäre natürlich auch möglich, das Granulat oder den Sand zusätzlich zu den Sicken/Aufweitungen zu verwenden.
Das Außenrohr sollte dickwandiger als das Innenrohr ausgeführt sein und somit als Tragrohr dienen. Der Dickenunterschied ist gemäß der bevorzugten Ausführungsform mehr als Faktor 2.
Im Bereich des oder der Schiebesitze können die Rohre sowohl im kalten Ausgangszustand als auch im Betriebszustand einander berühren, ohne zu klemmen.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine luftspaltisolierte Rohreinheit mit einem voneinander beabstandeten Außen- und Innenrohr, wobei die beiden Rohre in ihrem axial mittleren Bereich einen Abstandshalter haben und fest miteinander verbunden sind sowie an zumindest einem axialen Ende einen Schiebesitz aufweisen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

- 1 eine Längsschnittansicht durch die erfindungsgemäße Rohreinheit,
- 2 eine vergrößerte Detailansicht des Bereichs A in 1,
- 3 eine vergrößerte Detailansicht des Bereichs B in 1,
- 4 eine vergrößerte Detailansicht des Bereichs C in 1, und
- 5 eine Querschnittsansicht längs der Linie V-V in 1.

In 1 ist eine luftspaltisolierte Rohreinheit, und zwar eine Abgasrohreinheit einer Verbrennungskraftmaschine, dargestellt. Die Rohreinheit ist in diesem Fall U-förmig gebogen und weist ein einstückiges Außenrohr 10 sowie ein deutlich dünnwandigeres, konzentrisch im Außenrohr angeordnetes Innenrohr 12 auf. Auch das Innenrohr 12 ist über die gesamte Länge einstückig ausgeführt.
Die Rohreinheit ist im Wesentlichen U-förmig gebogen. Von einem geraden mittleren Abschnitt 14 erstrecken sich zwei abgewinkelte, in sich aber gerade Abschnitte 16 nach unten zu zwei Endabschnitten 18, die wiederum abgewinkelt sind. Die Endabschnitte 18 besitzen ein stromaufwärtiges Ende 20 bzw. ein stromabwärtiges Ende 22.
Das Innen- und das Außenrohr 12 bzw. 10 sind nur im Bereich des mittleren Abschnitts 14 fest miteinander verbunden. Auf einer Teillänge des mittleren Bereichs 14 weist das Außenrohr 10 mehrere am Umfang voneinander beabstandete, durch plastisches Verformen gebildete sickenartige Abstandshalter 24 auf (siehe 1, 2 und 5).
Die Abstandshalter 24 bilden eine Presspassung zwischen Innenrohr 12 und Außenrohr 10, die ein Verschieben oder Verdrehen der Rohre zueinander verhindert.
Bis auf einige, im Folgenden noch näher erläuterte Bereiche weisen Innen- und Außenrohr 12; 10 einen Abstand voneinander auf, sodass sich ein möglichst gleichmäßig großer Ringspalt 26 bildet, der luftgefüllt ist und als Isolierung dient. Der Ringspalt 26 erstreckt sich beim gezeigten Ausführungsbeispiel von dem Ende 20 über die nicht mit dem Abstandshalter 24 versehenen Abschnitte 28 (siehe 5) im mittleren Abschnitt 14 bis zum Ende 22.
An den Enden 20, 22 ist zwischen Innen- und Außenrohr 12 bzw. 10 ein sogenannter Schiebesitz vorgesehen, der ein axiales Verschieben der Rohre zueinander erlaubt.
Dieser Schiebesitz wird dadurch gebildet, dass das Innenrohr 12 aufgeweitet wird (siehe Aufweitung 30), wogegen das Außenrohr in diesem Bereich eine Stauchung 32 aufweist. Sowohl die Aufweitung 30 als auch die Stauchung 32 verlaufen vorzugsweise, was jedoch nicht zwingend der Fall ist, am Umfang geschlossen um.
Die beiden Schiebesitze ermöglichen an den axialen Enden einen Wärmeausgleich zwischen dem Außen- und dem Innenrohr 10 bzw. 12 im Betriebszustand und im kalten Ausgangszustand. Die Rohre 10, 12 berühren sich vorzugsweise sowohl im kalten Ausgangs- als auch im heißen Betriebszustand, ohne zu klemmen.
Im Folgenden wird das Herstellungsverfahren zur Schaffung der gezeigten Rohreinheit erläutert.
Im Ausgangszustand sind beide Rohre geradlinig, d.h. ungebogen. Die Rohre werden ineinandergesteckt und haben folglich radiales Spiel zueinander, da noch keine Stauchungen, Aufweitungen oder andersartige Abstandshalter an den Rohren 10, 12 ausgeformt sind.
Das Außenrohr 10 wird in einem darauf folgenden Schritt im mittleren Abschnitt 14 plastisch kalt verformt, indem ein Werkzeug an diametral gegenüberliegenden Abschnitten radial nach innen zugefahren wird und die sickenartigen Abstandshalter 24 ausformt. Es entsteht eine Prägung, die sich ggf. auch bis ins Innenrohr 12 fortsetzen kann, um einen Formschluss zu bilden. Zumindest jedoch wird durch das Verformen des Außenrohres 10 ein starker Presssitz zwischen Innen- und Außenrohr 12 bzw. 10 gebildet, der ein Axialverschieben sowie ein Verdrehen der Rohre 10, 12 zueinander verhindert. Anschließend wird in den Ringspalt 26 zwischen den Rohren 10, 12 ein Abstandsmittel eingebracht, und zwar in Form von Granulat oder Sand.
Nun wird die gebildete Rohreinheit in die in 1 gezeigte Form gebogen, wobei die Abstandsmittel einen Kontakt der Rohre 10, 12 verhindern und eine konzentrische Ausführung sicherstellen.
Die Schiebesitze werden durch eine Art Kalibrieren gebildet, indem z.B. zuerst das Innenrohr 12 zur Schaffung der Aufweitung 30 plastisch verformt wird und anschließend das Außenrohr 10 in diesem Bereich gestaucht wird, wobei diese Verfahrensschritte auch in umgekehrter Reihenfolge oder gleichzeitig erfolgen könnten. Vor dem Herstellen des Schiebesitzes wird jedoch das Füllmittel aus dem Ringspalt 26 entfernt.
An den Enden 20, 22 werden dann beispielsweise Trichter, Schalldämpfer, Katalysatoren oder andere Rohreinheiten aufgesteckt, wobei das Innenrohr 12 aber verschieblich zum Außenrohr 10 bleibt.
Eine alternative Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass die Abstandshalter 24 vor dem Ineinanderstecken gefertigt werden, sodass das Innenrohr 12 in den Presssitz eingeschoben wird.
Zur zusätzlichen Sicherung lassen sich die beiden Rohre 10, 12 miteinander verschweißen oder verlöten.
Auch die Aufweitungen 30 und Stauchungen 32 können ggf. vor dem Ineinanderschieben der Rohre 10, 12 und/oder zumindest vor dem Biegen der Rohre 10, 12 erzeugt werden.
Zusätzliche oder alternative Abstandsmittel lassen sich auch durch Umformen des Innen- und/oder Außenrohres 12 bzw. 10 vor dem Biegen der Rohreinheit und ggf. sogar vor dem Ineinanderstecken der beiden Rohre 10, 12 erzeugen. Dazu wird das Innen- und/oder Außenrohr 12 bzw. 10 auf mehreren Abschnitten mit punkt-, linien- oder ringförmigen Aufweitungen bzw. Sicken versehen. In 1 sind exemplarisch eine Aufweitung 40 am Innenrohr 12 und eine Sicke 42 am Außenrohr 10 dargestellt.
Das beschriebene Verfahren ist sehr einfach und kostengünstig durchführbar und sorgt für eine stabile, thermisch hohe Temperaturschwankungen tolerierende Rohreinheit.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer luftspaltisolierten Rohreinheit, mit einem Innen- und einem Außenrohr (12, 10), gekennzeichnet durch folgende Schritte: - Ineinanderstecken der beiden Rohre (10, 12), - Ausformen mindestens eines Abstandshalters (24) im Außen- und/oder Innenrohr (10, 12), indem vor oder nach dem Ineinanderstecken im axial mittleren Bereich (14) der Rohre (10, 12) wenigstens eine Sicke (42) bei einem Außenrohr (10) und/oder wenigstens eine Aufweitung (40) bei einem Innenrohr (12) erzeugt wird, - festes Verbinden der beiden Rohre (10, 12) im Bereich des Abstandshalters (24), - anschließendes Biegen der gebildeten Rohreinheit unter Vorsehen von Abstandsmitteln zwischen den Rohren (10, 12) und - Vorsehen eines Schiebesitzes wenigstens an einem der beiden axialen Rohrenden (20, 22) durch Stauchen des Außenrohres (10) und/oder Aufweiten des Innenrohres (12).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das feste Verbinden der Rohre (10, 12) durch Herstellen einer Pressverbindung erfolgt, indem das Außenrohr (10) verengt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere am Umfang beabstandete Sicken im Außenrohr (10) erzeugt werden, die Abstandshalter (24) bilden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das feste Verbinden der Rohre (10, 12) durch eine Schweiß- oder Lötverbindung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schiebesitz nach dem Biegen der Rohreinheit erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Abstandsmittel ein Füllmedium, insbesondere ein Granulat, in den Ringraum (26) zwischen den Rohren (10, 12) eingebracht wird, das nach dem Biegen wieder entfernt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandsmittel vor dem Herstellen des Schiebesitzes entfernt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Abstandsmittel weitere, vor dem Biegen hergestellte Sicken (42)/Aufweitungen (40) in den Rohren (10, 12) dienen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohr (10) dickwandiger als das Innenrohr (12) ausgebildet ist.
Luftspaltisolierte Rohreinheit, mit einem in ein Außenrohr (10) gesteckten Innenrohr (12), wobei die Rohre (10, 12) in einem axial mittleren Abschnitt (14) einen Abstandshalter (24) aufweisen und in diesem Abschnitt (14) miteinander fest verbunden sind und einem Schiebesitz an wenigstens einem axialen Ende (20, 22) der Rohreinheit zwischen dem Außen- und dem Innenrohr (10, 12).