DE102009058929A1 - Thin-walled multi-part reactor vessel has break point for releasably connecting at container portion with another container portion, where precision-stiffening ring has metal profile section bent to ring - Google Patents
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Abstract
Description
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die Erfindung betrifft einen dünnwandigen mehrteiligen Rohr- oder Reaktorbehälter, Präzisions-Versteifungsringe hierfür sowie Verfahren und Vorrichtung zu deren Herstellung gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1, 4, 9 und 16. Demnach bezieht sich die Erfindung auf einen dünnwandigen mehrteiligen Rohr- oder Reaktorbehälter, nachfolgend als Reaktorbehälter bezeichnet, mit mindestens einer ersten Trennstelle zum lösbaren Verbinden mindestens eines ersten Behälterteils mit mindestens einem zweiten Behälterteil. Das mindestens eine erste Behälterteil besteht aus einem Mantel aus einem dünnwandigen Flächenmaterial. Der Mantel weist zumindest ein stirnseitiges offenes erstes Behälterteilende auf, das eine erste Trennstellenseite bildet. Das erste Behälterteilende ist fest verbunden mit einem umlaufend geschlossenen ersten Versteifungsring zum Verbinden des mindestens einen ersten Behälterteils mit dem mindestens einen zweiten Behälterteil an der oder nahe der mindestens einen Trennstelle.The invention relates to a thin-walled multi-part pipe or reactor vessel, precision stiffening rings therefor, and method and apparatus for their preparation according to the preambles of
TECHNISCHER HINTERGRUND DER ERFINDUNGTECHNICAL BACKGROUND OF THE INVENTION
Dünnwandige mehrteilige Reaktorbehälter müssen trotz ihrer Dünnwandigkeit eine gute Verbindung an den Trennstellen gestatten. Die
Mehrteilige Reaktorbehälter sind auch aus dem Bereich von Auspuffanlagen von Verbrennungsmotoren, insbesondere bei Kraftfahrzeugen und mit Verbrennungsmotoren angetriebenen Arbeitsgeräten bekannt. Die Arbeitstemperaturen liegen hier im Bereich von etwa oberhalb 100°C und in der Regel unterhalb von 1000°C. Die an der Trennstelle zu verbindenden Behälterteilenden sind aufgebördelt, und nehmen zwischen den konischen Aufbördelflanken einen im Querschnitt trapezförmigen Dichtungsring aus Hochtemperaturbeständigem Material auf und werden durch V- oder trapezförmige Spannringe miteinander verspannt. Hier besteht der Dichtring aus einem vergleichbarem weichem Material, dass sich beim Verspannen zwischen den Bördelflanschen im Bedarfsfalle plastisch verformen lässt und keine nennenswerte Eigensteifigkeit hat.Multi-part reactor vessels are also known from the field of exhaust systems of internal combustion engines, especially in motor vehicles and combustion engines driven equipment. The working temperatures are in the range of about above 100 ° C and usually below 1000 ° C. The container part ends to be connected at the separation point are crimped, and take between the conical Aufbördelflanken a trapezoidal cross-section sealing ring made of high temperature resistant material and are clamped together by V or trapezoidal clamping rings. Here, the sealing ring of a similar soft material that can be plastically deformed during clamping between the flanged flanges in case of need and has no significant inherent rigidity.
Neuere dünnwandige mehrteilige Reaktorbehälter oder -Reaktorbehälteranlagen für Verbrennungsabgase können aus Komponenten bestehen, die verschiedene Aufgaben erfüllen, wie die Schalldämpfung, die Abgaskatalyse und/oder die Staubpartikelfilterung. Die Betriebstemperaturen solcher mehrteiliger Reaktorbehälter können mehrere 100°C betragen. Um den Aufwand für Zwischenringe der weiter oben genannten Art einzusparen und die Aufbördelung der Behältermäntel an den Behältermantelenden zu vermeiden, ist vorgeschlagen worden, die an der Trennstelle miteinander zu verbindenden Behältermantelenden zweier Behälterteile jeweils mit einem Versteifungsring zu versehen und die Behälterteilenden mit dem jeweiligen Versteifungsring fest, z. B. durch Verschweißen, zu verbinden und die Versteifungsringe mit planen stirnseitig umlaufenden Kontaktflächen auszustatten, die als Fügefläche an der Trennstelle für die zu verbindenden Behälterteile dienen und beim axialen Verspannen mit einem V- oder trapezförmigen Spannring dichtend aufeinander liegen. An derartige Präzisions-Versteifungsringe sind außerordentlich hohe Anforderungen an Maßhaltigkeit und Planheit gestellt. Diese können durch spannende Bearbeitung sichergestellt werden, indem z. B. von einem Rohr geeigneter Abmessungen und Materialzusammensetzung derartige Ringe durch Drehen, also zerspanende Verformung, abgestochen werden.More recent, thin-walled, multi-part reactor vessel or reactor vessel installations for combustion exhaust gases may consist of components that perform various tasks, such as silencing, exhaust gas catalysis, and / or dust particle filtration. The operating temperatures of such multipart reactor vessels may be several hundred degrees Celsius. In order to save the effort for intermediate rings of the type mentioned above and to avoid the flaring of the container coats on the container shell ends, it has been proposed to provide the container to be separated at the separation point container shell ends of two container parts each with a stiffening ring and fixed the container ends with the respective stiffening ring , z. B. by welding, and equip the stiffening rings with flat frontal peripheral contact surfaces, which serve as a joining surface at the separation point for the container parts to be joined and sealingly against each other during axial clamping with a V or trapezoidal clamping ring. At such precision stiffening rings extremely high demands are made on dimensional accuracy and flatness. These can be ensured by exciting processing by z. B. from a tube of suitable dimensions and material composition such rings by turning, so machining deformation are tapped.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION
Um von der Verfügbarkeit von Rohrmaterial passenden Durchmessers, Wandstärke und Materialzusammensetzung unabhängig zu werden, schlägt die Erfindung einen dünnwandigen mehrteiligen Rohr- oder Reaktorbehälter, Präzisions-Versteifungsringe hierfür sowie Verfahren und Vorrichtung zu deren Herstellung gemäß den Patentansprüchen 1, 4, 9 bzw. 16 vor. Die Erfindung basiert dabei auf dem Grundgedanken, die Präzisions-Versteifungsringe aus Metallprofilabschnitten zu fertigen, indem die Metallprofilabschnitte zunächst in passender Länge hergestellt, dann zu einem Ring gebogen und die Abschnittenden fest miteinander verbunden werden. Der so geschlossene Versteifungsringrohling erhält die erforderliche Querschnittskontur dadurch, dass der aus dem Metallprofilabschnitt hergestellte Ringrohling in einem Gesenk plastisch umgeformt wird.In order to become independent of the availability of tubing of appropriate diameter, wall thickness and material composition, the invention proposes a thin-walled multi-part tube or reactor vessel, precision stiffening rings therefor, and methods and Device for their preparation according to
Bei diesem so genannten Gesenkformen, ist die eine Gesenkhälfte festliegend in einer Presse justiert und weist die Konturen auf einer Seite des herzustellenden Versteifungsrings auf, während das bewegliche Pressenteil, z. B. ein hydraulisch oder pneumatisch angetriebener Stempel, das Gegenwerkzeug trägt. Der in das Gesenk eingelegte Ringrohling wird durch das Gesenkformen von seiner ursprünglichen Querschnittsform in den gewünschten, von der Werkzeugpaarung vorgegebenen Sollquerschnitt plastisch umgeformt und erhält dadurch umlaufend ein typisches metallisches Schmiedegefüge.In this so-called swaging, a die half is fixed fixed in a press and has the contours on one side of the stiffening ring to be produced, while the movable press part, for. As a hydraulically or pneumatically driven punch bearing the counter tool. The inserted into the die ring blank is plastically deformed by the swaging of its original cross-sectional shape in the desired, predetermined by the combination of tools desired cross-section and thereby receives circulating a typical metallic forged structure.
Es hat sich herausgestellt, dass auf diese Weise Präzisions-Versteifungsringe außerordentlich hoher Maßhaltigkeit und Planheit entstehen, die auch bei einer mechanischen Nachbearbeitung von späteren Berührungsflächen diese Eigenschaften beibehalten ohne dass bei der Bearbeitung übermäßige Vorsichtsmaßnahmen, z. B. bei einem Aufspannen der Präzisions-Versteifungsringe in einem Bearbeitungszentrum einzuhalten sind. Die Querschnitte solcher Präzisions-Versteifungsringe weisen in der Regel geringe Abmessungen, von z. B. nur wenigen Millimetern in axialer und radialer Richtung auf und können sehr erhebliche Durchmesser von z. B. einer Größenordnung von 300 mm haben. Sie reagieren daher außerordentlich sensibel selbst bei nur geringen Stoßbelastungen, wie dem versehentlichen Fallenlassen eines solchen Ringes auf einen harten Untergrund mit unerwünschten Formabweichungen.It has been found that in this way precision stiffening rings of extremely high dimensional stability and flatness arise, which retain these properties even with a mechanical post-processing of subsequent contact surfaces without excessive handling precautions, for. B. in a clamping of the precision stiffening rings are to be observed in a machining center. The cross-sections of such precision stiffening rings generally have small dimensions, of z. B. only a few millimeters in the axial and radial directions and can be very significant diameter of z. B. have an order of 300 mm. They therefore react extremely sensitively even with only low impact loads, such as the accidental dropping of such a ring on a hard surface with undesirable form deviations.
Im Sinne der Erfindung werden unter dünnwandigen mehrteiligen Reaktorbehältern solche Behälter verstanden, deren Mantelmaterial eine Dicke von wenigen, z. B. 0,1 bis 10 Millimeter, insbesondere 0,5 bis 5 Millimeter aufweisen. Die Flächenverhältnisse von den Mantelquerschnittsflächen zu den lichten Behältertquerschnittsflächen liegen vorzugsweise in einem Bereich zwischen 1:70 bis 1:1500, insbesondere zwischen 1:100 und 1:800. Es müssen in Behältern nach der Erfindung nicht zwingend irgend welche, z. B. chemische, Reaktionen ablaufen. In so weit werden unter Reaktorbehältern im Sinne der Erfindung sämtliche dünnwandigen mehrteiligen, insbesondere rohrförmigen, Behälter verstanden.For the purposes of the invention are understood by thin-walled multi-part reactor vessels such containers whose shell material has a thickness of a few, z. B. 0.1 to 10 millimeters, in particular 0.5 to 5 millimeters. The area ratios of the shell cross-sectional areas to the clear container cross-sectional areas are preferably in a range between 1:70 and 1: 1500, in particular between 1: 100 and 1: 800. It must not in containers according to the invention, any, z. B. chemical reactions take place. In so far, reactor vessels within the meaning of the invention are understood to mean all thin-walled multipart, in particular tubular, vessels.
Beim Formen der Metallprofilabschnitte zu geschlossenen Ringen und Verschweißen an der Berührungsstelle, sind lediglich die üblichen Anforderungen zu stellen. Das Ablängen solcher Abschnitte von einem Vorrat kann ohne weiteres mit einer Genauigkeit im 1/10tel Millimeterbereich erfolgen. Auch der Verbindungsprozess an den Abschnittsenden, z. B. durch Schweißen, und die damit verbundenen Querschnitts- und Gefügeveränderungen des Ringrohlings sind überraschender Weise weitgehend unkritisch.When forming the metal profile sections into closed rings and welding at the point of contact, only the usual requirements have to be met. The cutting of such sections from a supply can be carried out with an accuracy in the 1 / 10th millimeter range without further ado. Also the connection process at the section ends, e.g. B. by welding, and the associated cross-sectional and structural changes of the ring blank are surprisingly largely uncritical.
Als besonders vorteilhaft haben sich zur Herstellung der Ringrohlinge Metalldrähte oder -stäbe mit einem runden Querschnitt erwiesen. Die Verfügbarkeit derartiger Metalldrähte in verschiedenen Querschnitten und Materialzusammensetzungen ist relativ gut, wobei die genauen Querschnitte sich beim Ziehen, während der Drahtherstellung ziemlich exakt definieren lassen. Auch sind die Biegbarkeit von Runddrähten zu einem Ring und das Verschweißen an den Abschnittsenden unproblematisch. Eine auf den Drahtquerschnitt bezogene spezielle Biegeebene ist nicht einzuhalten. Typische Drahtquerschnitte liegen zwischen 4 und 20 Millimetern, vorzugsweise zwischen 8 und 14 Millimetern.Metal wires or rods with a round cross-section have proved to be particularly advantageous for producing the ring blanks. The availability of such metal wires in various cross-sections and material compositions is relatively good, and the exact cross-sections can be defined fairly accurately during drawing, during wire manufacture. Also, the bendability of round wires into a ring and the welding at the section ends are unproblematic. A special bending plane related to the wire cross-section can not be maintained. Typical wire cross sections are between 4 and 20 millimeters, preferably between 8 and 14 millimeters.
Grundsätzlich ist es auch bei Ringrohlingen aus Metalldrähten oder -stäben – und zwar auch solchen mit einem runden Querschnitt – möglich, diese ohne Nachbearbeitung an Pass- und Dichtflächen allein durch Gesenkformen zu fertigen Präzisions-Versteifungsringen umzuformen. Das geschieht vorzugsweise durch einen Doppelschlag, also zwei Gesenkformschritte hintereinander, und ganz besonders bevorzugt durch einen Hauptumformschritt und einen nachfolgenden Kalibrierschlag – und zwar in denselben Gesenkformen oder nach einander in einer ersten Gesenkform und nachfolgend in einer in Präzisions-Gesenkformen. Wenn der Ringrohling zunächst einer Glühbehandlung unterzogen wird, kann bereits ein Kalibrierschlag ausreichen, d. h. mit einem einzigen Gesenkformschritt wird bereits eine hohe Querschnittspräzision erreicht. Auch hieran kann sich ein Nachbearbeitungsschritt, wie Schleifen und/oder Drehen anschließen.Basically, it is also possible with ring blanks made of metal wires or rods - and even those with a round cross-section - to reshape them into finished precision stiffening rings by means of die-forming without post-processing on fitting and sealing surfaces. This is preferably done by a double stroke, so two Gesenkformschritte one behind the other, and most preferably by a Hauptumformschritt and a subsequent Kalibrierschlag - in the same Gesenkformen or after each other in a first die and then in a precision die-forming. If the ring blank is first subjected to an annealing treatment, a calibration strike can already be sufficient, i. H. With a single die-forming step, a high cross-sectional precision is already achieved. This can also be followed by a post-processing step, such as grinding and / or turning.
Besonders wenig aufwendig ist eine Ausführungsform, bei der zum Herstellen der Ringrohlinge Metalldrähte oder -stäbe mit einem Querschnitt verwendet werden, der bereits einen an den Sollquerschnitt des fertigen Präzisions-Versteifungsringes angenäherten Rohquerschnitt aufweist.Particularly less expensive is an embodiment in which metal wires or rods are used with a cross section for producing the ring blanks, which already has an approximated to the nominal cross section of the finished precision stiffening ring raw cross-section.
Neben querschnittsangepassten und Runddrähten kommen zur Herstellung für die Ringrohlinge aber auch andere Profildrähte in Betracht, wie z. B. solche mit einem polygonen oder dem Sollquerschnitt des Präzisions-Versteifungsringes noch stärker konturangepasste Profildrähte oder -stäbe. Auch hierbei wird eine hohe Maßhaltigkeit und Standfestigkeit der Ringrohlinge durch das Gesenkformen erzielt.In addition to cross-section adapted and round wires come for the production of the ring blanks but also other profile wires into consideration, such as. B. such with a polygonal or the desired cross section of the precision stiffening ring even more contour-matched profile wires or rods. Also here a high dimensional stability and stability of the ring blanks is achieved by the swaging.
Der Materialabfall bei der Herstellung der Präzisions-Versteifungsringe ist bei der Erfindung außerordentlich gering, was wegen der zumeist kostspieligen Legierungen besonders vorteilhaft ist. Das Querschnittsflächenverhältnis der lediglich umgeformten Präzisions-Versteifungsringe zu den nachbearbeiteten Präzisions-Versteifungsringen, kann bei 1:1 oder bei nahezu 1:1 liegen. Querschnittsflächenverhältnisse nach erfolgter Oberflächen-Nachbearbeitung bis zu etwa 2:1 sind aber in der Regel noch vertretbar. Besonders hohe Maßhaltigkeiten der Versteifungsringe bei geringem Nachbearbeitungsaufwand ergeben sich bei Querschnittsflächenverhältnissen von 1,001:1 bis 1,1:1, insbesondere zwischen 1,01:1 bis 1,05:1.The material waste in the production of precision stiffening rings is extremely low in the invention, which is particularly advantageous because of the usually expensive alloys. The cross-sectional area ratio of the merely formed precision stiffening rings to the post-processed precision stiffening rings may be 1: 1 or nearly 1: 1. Cross-sectional surface ratios after surface finishing up to about 2: 1 are generally acceptable. Particularly high dimensional stability of the stiffening rings with little post-processing effort result at cross-sectional area ratios of 1.001: 1 to 1.1: 1, in particular between 1.01: 1 to 1.05: 1.
Unter „Gesenkformen” wird im Sinne der Erfindung jedes plastische Umformverfahren verstanden, bei dem der Querschnitt des ursprünglichen Metallprofilabschnitts in das gewünschte Querschnittsprofil plastisch umgeformt wird. Die Gesenkformen umschließen in der Regel den Ringquerschnitt nach dem Ende des Umformvorgangs. Besonders vorteilhaft für das Materialgefüge des Präzisions-Versteifungsrings sind Warmumformungsvorgänge. Insbesondere wird durch ein schlagartiges Umformen kurzzeitig eine hohe Temperatur innerhalb des Rohmaterials erzielt, die zu besonders günstigen Gefügebildungen führt. Grundsätzlich ist aber auch eine Kaltumformung denkbar.In the sense of the invention, "swaging" is understood to mean any plastic forming process in which the cross section of the original metal profile section is plastically deformed into the desired cross-sectional profile. The swaging molds usually enclose the ring cross-section after the end of the forming process. Particularly advantageous for the material structure of the precision stiffening ring are hot forming operations. In particular, a sudden high temperature within the raw material is achieved by a sudden reshaping, which leads to particularly favorable microstructures. In principle, however, cold forming is also conceivable.
Die End- oder Nachbearbeitung des in seinen Sollquerschnitt plastisch umgeformten Präzisions-Versteifungsrings kann z. B. durch Drehen oder Schleifen auf das gewünschte Endmaß an den wesentlichen Kontaktstellen für den späteren Reaktorbehälter erfolgen. Hierzu werden die umgeformten Ringe vorteilhaft axial oder über einen Dorn gespannt, um die Rundheit des Ringes und einen besonderes geringen so genannten Planschlag von weniger als 0,5 Millimetern, vorzugsweise weniger als 0,2 Millimetern zu erhalten. Es ist durch die Erfindung aber möglich, den Planschlag noch wesentlich, z. B. auf 0,1 Millimeter und weniger zu vermindern. Alternativ oder kumulativ zu dieser Nachbearbeitung kann auch ein oben bereits erwähnter Kalibrierschlag ausgeführt werden.The final or post-processing of the plastically deformed in its nominal cross section precision stiffening ring can, for. B. by turning or grinding to the desired final dimension at the essential contact points for the subsequent reactor vessel. For this purpose, the formed rings are advantageously tensioned axially or over a mandrel, in order to obtain the roundness of the ring and a particular small so-called flat lay of less than 0.5 millimeters, preferably less than 0.2 millimeters. It is possible by the invention, however, the rash still essential, z. B. to 0.1 millimeters and less. Alternatively or cumulatively to this post-processing, a calibration already mentioned above can also be carried out.
Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden könnenThe above-mentioned and the claimed components to be used according to the invention described in the exemplary embodiments are not subject to special conditions of size, shape, material selection and technical design, so that the selection criteria known in the field of application can be used without restriction
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung, in der – beispielhaft – ein Ausführungsbeispiel eines Präzisions-Versteifungsrings und eines damit ausgestatteten mehrteiligen Reaktorbehälters dargestellt ist. Auch einzelne Merkmale der Ansprüche oder der Ausführungsformen können mit anderen Merkmalen anderer Ansprüche und Ausführungsformen kombiniert werden.Further details, features and advantages of the subject matter of the invention will become apparent from the subclaims, as well as from the following description and the accompanying drawings, in which - by way of example - an embodiment of a precision stiffening ring and a multi-part reactor vessel equipped therewith is shown. Also, individual features of the claims or of the embodiments may be combined with other features of other claims and embodiments.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
In der Zeichnung zeigenIn the drawing show
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELENDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS
Für die Herstellung erfindungsgemäßer dünnwandiger mehrteiliger Reaktorbehälter wird nach
In einer Gesenkform- oder -schmiedevorrichtung
Aus
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Fertigungsstraßeproduction line
- 22
- Ablängstationcutting station
- 33
- Biegestationbending station
- 44
- Schweißstationwelding station
- 4A4A
- Bearbeitungsstationprocessing station
- 4B4B
- Schweißvorbereitungweld preparation
- 55
- Gesenkschmiedevorrichtungswaging
- 5A5A
- Kalibrier-GesenkschmiedevorrichtungCalibration swaging
- 66
- AufspannstationClamping station
- 77
- Bearbeitungsstationprocessing station
- 88th
- Fügestationjoining station
- 99
- Schweißstationwelding station
- 1010
- EndmontageFinal assembly
- 1111
- Wärmebehandlungheat treatment
- BB
- Reaktorbehälterreactor vessel
- B1B1
- Behälterteilcontainer part
- B2B2
- Behälterteilcontainer part
- BE1BE1
- BehälterteilendeContainer portion end
- MM
- Mantelcoat
- RR
- Präzisions-VersteifungsringPrecision stiffening ring
- SS
- SchweißnahtWeld
- TT
- Trennstelleseparation point
- VV
- V-RingV-ring
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE (2) | DE102009058929A1 (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1477427B1 (en) | 2003-05-14 | 2007-03-07 | Volkmann GmbH | Modular container made of metal elements having outwardly curved edges |
-
2009
- 2009-12-17 DE DE200910058929 patent/DE102009058929A1/en not_active Withdrawn
-
2010
- 2010-12-15 DE DE202010016634U patent/DE202010016634U1/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1477427B1 (en) | 2003-05-14 | 2007-03-07 | Volkmann GmbH | Modular container made of metal elements having outwardly curved edges |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE202010016634U1 (en) | 2011-03-24 |
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