DE102010030718B4

DE102010030718B4 - Rohrverbindung und Verfahren zur Herstellung einer solchen Rohrverbindung

Info

Publication number: DE102010030718B4
Application number: DE102010030718.1A
Authority: DE
Inventors: Erich Katzlberger; Andreas Junger; Christian Auzinger; Thomas Steinhuber
Original assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Current assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2014-11-20
Anticipated expiration: 2030-07-01
Also published as: DE102010030718A1

Abstract

Rohrverbindung, umfassend ein Rohr (10), das herstellungsbedingt einer Längentoleranz unterliegt, und wenigstens ein Anschlussstück (20) mit einer ringförmigen Nut (24), die einen Nutgrund (27) aufweist, wobei der Nutgrund (27) mit der Stirnseite (11) an einem Ende des Rohrs (10) verschmolzen ist, um das Rohr (10) mit dem Anschlussstück (20) zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (24) ein Ausgleichsvolumen (V_N) definiert und überschüssige Schmelze aufnimmt wozu der innere Durchmesser (R_iN) der Nut (24) kleiner ist als der Innendurchmesser (R_i) des Rohrs (10) und der äußere Durchmesser (R_aN) der Nut (24) größer ist als der Außendurchmesser (R_a) des Rohrs (10), und das Ausgleichsvolumen (V_N) der Nut (24) gestaltet ist, um Schmelze wenigstens entsprechend der Materialmenge des Rohrs (10) bei maximaler Längentoleranz aufnehmen zu können.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rohrverbindung und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Rohrverbindung. Im Besonderen betrifft die vorliegende Erfindung dabei eine Rohrverbindung mit einem Rohr und wenigstens einem Anschlussstück, die im Zuge eines Rotationsschweißverfahrens stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Im Stand der Technik sind Rohrverbindungen bekannt, die beispielsweise als Blowby-Rohr bezeichnet werden und der Rückführung von heißen Motor-Blowby-Gasen in den Ansaugtrakt, d. h. der Kurbelgehäuseentlüftung, dienen. Hierbei muss eine öldichte Verbindung vom Zylinderkopf zum Reinluftrohr hergestellt werden.
Derartige Rohrverbindungen setzen sich in der Regel aus einem Rohr, z. B. einem Wellrohr und an entgegengsetzten Enden des Rohrs angebrachten Anschlussstücken zum Anschließen an die Zylinderkopfhaube des Motors einerseits und an das Reinluftrohr andererseits zusammen.
Bisher erfolgte die Abdichtung zwischen den Anschlusstücken und dem Rohr über eine mitgespritzte Weichkomponente an den Anschlussstücken.
Aufgrund des Anstiegs des Biodieselanteils im Kraftstoff wird das in den Blowby-Gasen enthaltene Kondensat aggressiver, wodurch die Weichkomponenten der Anschlussstücke angegriffen werden und Undichtigkeiten auftreten können.
Um dies zu vermeiden liegt der vorliegenden Erfindung der Gedanke zu Grunde das Anschlussstück bzw. die Anschlussstücke mittels einem Rotationsschweißverfahren mit dem Rohr zu verbinden. Ein solches Rotationsschweißverfahren ist beispielsweise aus der FR 2 737 548 A1 , die die Grundlage für den Oberbegriff von Anspruch 1 bildet, bekannt.
Weitere Rotationsschweißverbindungen sind aus der DE 10 2006 017 170 A1 und der DE 37 00 981 A1 bekannt.
Die DE 10 2006 017 170 A1 offenbart ein Fluidverbindungsteil, das über ein Mundstück verfügt, das eine Einführöffnung für eine Fluidleitung und eine äußere, gegenüber der Längsachse wenigstens abschnittsweise schräg gestellte Innenwand aufweist, so dass sich der Aufnahmeraum von der Einführöffnung in einer von der Einführöffnung weg weisenden Einführrichtung radial außenseitig wenigstens abschnittsweise verjüngt. Die Innenwand ist mit einer Stufenwand ausgebildet, die eine Stufenstruktur mit einer Anzahl von Schrägabschnitten mit einer gegenüber der mittleren Schrägstellung der Stufenwand flacheren Schrägstellung und zwischen benachbarten Schrägabschnitten jeweils einen Stufenabschnitt mit einer gegenüber der mittleren Schrägstellung der Stufenwand steileren Schrägstellung aufweist. Dadurch ist das Fluidleitungsverbindungsteil mit der Technik des Reibschweißens auch mit verschieden dimensionierten Fluidleitungen zuverlässig vereinbar.
Die DE 37 00 981 A1 beschreibt ein Verfahren für die Verbindung von Teilen aus Polyamid durch Friktionsschweißen. Sie schlägt vor, bei Verbindungsstellen, die mindestens einen durch gegenüberliegende Flächen gebildeten, am Schweißvorgang nicht teilnehmenden Raum aufweisen und dass mindestens eine Schweißfläche mit einer zähen, bei Wärmeeinwirkung schmelzenden plastischen Masse bedeckt wird, die beim Schweißvorgang in den Spalt oder Raum verdrängt wird und die entstandenen Späne festhält und/oder aufnimmt.
Bei der Herstellung z. B. der oben beschriebenen Blowby-Rohre wird das Wellrohr zunächst auf Länge geschnitten bevor es mit den Anschlussstücken verbunden wird. Dabei kommt als Material des Wellrohrs in der Regel Polyamid zum Einsatz, das die Eigenschaft hat Feuchtigkeit stark zu absorbieren. Aufgrund unterschiedlicher Umgebungseinflüsse, wie beispielsweise der Temperatur und der Luftfeuchtigkeit wird das Wellrohr länger oder kürzer. Darüber hinaus liegt das Wellrohr in der Regel gerollt als Meterware vor, was aufgrund der Krümmung beim Schnitt zu einer möglicherweise zur Längsachse schrägen Schnittkante führen kann.
In der Summe hat dies eine Längentoleranz der einzelnen Wellrohre zur Folge, so dass das Endmaß der Rohrverbindung, verbunden mit einem relativ hohen Ausschuss, nicht immer erreicht werden kann.
Unter Berücksichtigung der obigen Ausführungen liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin eine Rohrverbindung der eingangs genannten Art derart weiter zu bilden, dass die Rohrverbindung mit verringertem Ausschuss und damit kostengünstiger hergestellt werden kann sowie ein Verfahren zu deren Herstellung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Rohrverbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zur Grunde den Verbindungsprozess so zu gestalten, so dass je nach Längenmaß des Rohrs eine für das Ist-Maß (gewünschte Länge) der Rohrverbindung relevante Materialmenge des Rohrs und/oder des Anschlussstücks aufgeschmolzen wird, wobei die Materialmenge vollständig in einer Nut des Anschlussstücks aufgenommen wird. Mit anderen Worten werden das Rohr und das Anschlussstück so lange unter Rotation zusammengedrückt, bis das gewünschte Ist-Maß der Rohrverbindung erreicht ist.
Dementsprechend definiert die vorliegende Erfindung eine Rohrverbindung umfassend ein Rohr und wenigstens ein Anschlussstück. Bei der Rohrverbindung kann es sich beispielsweise um das eingangs genannte Blowby-Rohr handeln. Das Rohr kann ein herkömmliches Wellrohr z. B. aus Polyamid sein. Gegebenenfalls könnte beim Extrudieren des Wellrohrs an dem jeweils mit dem Anschlussstück zu verbindenden Endteil ein glatter Endbereich mit glatter Außen- und Innenwandung ausgebildet sein. Das Anschlussstück dient der Verbindung des Rohrs mit einem weiteren Bauteil. Bezug nehmend auf das eingangs genannte Beispiel z. B. mit der Zylinderkopfhaube eines Motors bzw. dem Reinluftrohr. Das Anschlussstück ist beispielsweise aus Polyamid und kann glasfaserverstärkt sein. Erfindungsgemäß weist das Anschlussstück eine ringförmige Nut auf. Die Nut wird durch einen inneren Ring bzw. eine innere ringförmige Wand sowie einen Außenring bzw. eine äußere ringförmige Wand, die im Bereich eines Nutgrunds (Boden) verbunden sind, gebildet. Erfindungsgemäß ist der Nutgrund mit der Stirnseite an einem Ende des Rohrs verschmolzen. Dies erfolgt vorteilhafterweise im Zuge eines Rotationsschweißverfahrens, wie es später erläutert werden wird. Dabei ist es von besonderem Vorteil, dass die stoffschlüssige Verbindung zwischen Rohr und Anschlussstück nur zwischen dem Nutgrund und der Stirnseite erfolgt und nicht an den Innen- und Außenflächen des Rohrs. Die Nut ist erfindungsgemäß so gestaltet, dass sie ein Ausgleichsvolumen definiert und überschüssige Schmelze aufnimmt, wozu der innere Durchmesser der Nut kleiner ist als der Innendurchmesser des Rohrs und der äußere Durchmesser der Nut größer ist als der Außendurchmesser des Rohrs. Insbesondere sind die Durchmesser derart gewählt, dass beim Verbindungsprozess z. B. dem Rotationsschweißverfahren, das Rohr nicht mit den die ringförmige Nut definierenden Wänden in Kontakt kommt. Insbesondere wird bei Verwendung dünnwandiger Rohre, z. B. von Wellrohren, ist eine Reibung am Innenumfang zur Verhinderung von Lochbildung zu vermeiden. Die Nut der FR 2 737 548 A1 ist gestaltet, um das weichelastische Rohr beim Verbindungsvorgang zu stützen und zu halten und um eine Grat- bzw. Nahtbildung an der Verbindungsstelle zu vermeiden. Zu diesem Zweck sind die Durchmesser derart gewählt, dass sich das Rohr 1 an seiner Außen- und/oder Innenseite an den die Nut definierenden Wänden abstützen kann und um einen Austritt seitlich über die Stirnseite des Rohrs zu vermeiden. Die Nut der FR 2 737 548 A1 ist folglich nicht zur Aufnahme überschüssiger Schmelze geeignet. Darüber hinaus ist unter dem Begriff „überschüssige Schmelze” Schmelze zu verstehen, die zur Verbindung des Anschlussstücks mit dem Rohr nicht erforderlich wäre, sondern lediglich auf Grundlage dessen entsteht, dass die Überlänge des Rohrs aufgrund dessen Längentoleranz auszugleichen ist. Folglich definiert der Begriff „Ausgleichsvolumen” ein Volumen, das zu diesem Ausgleich gestaltet ist.
Beispielsweise kann das Rohr, wie es oben erläutert wurde, herstellungsbedingt einer Längentoleranz unterliegen und das Ausgleichsvolumen der Nut ist gestaltet, um Schmelze wenigstens entsprechend der Materialmenge des Rohrs bei maximaler Längentoleranz, d. h. maximaler Überlänge aufnehmen zu können.
Handelt es sich bei dem Rohr um ein Wellrohr, so wird das Ausgleichsvolumen durch: V_N = 2·π·R_m·S·T·(1 + 2/a·(R_a – R_i – 2s))·k errechnet.

T: Längentoleranz des Wellrohres [mm]
k: Ausgleichsfaktor für Lufteinschlüsse (1,25–1,5)
R: _aRadius Wellrohr außen
R_i: Radius Wellrohr innen
R_m: = (R_a + R_i)/2
s: Wandstärke Wellrohr
a: Teilung Wellrohr

Auf Grundlage dieses Volumens können Anpassungen an den jeweils gegebenen Anforderungen erfolgen, wobei die einzustellenden Parameter der Nut zusammen das entsprechende Volumen wie folgt ergeben: V_N = 2·π·R_mN·(R_aN – R_iN)·h

R_aN: Radius Nut außen
R_iN: Radius Nut innen
R_mN: Radius Nut Mitte
H: Höhe Nut

Um eine optimale Verbindung zwischen dem Anschlussstück und dem Rohr zu erzielen, werden das Rohr und das Anschlussstück aus einem Material mit im Wesentlichen gleicher Schmelztemperatur gebildet. Rein beispielhaft kommt hier Polyamid für sowohl das Rohr als auch das Anschlussstück zum Einsatz. Das Anschlussstück kann jedoch verstärkt, z. B. glasfaserverstärkt, sein. Unter „im Wesentlichen” ist zu verstehen, dass im Rotationsschweißverfahren beide Materialien aufgeschmolzen werden, um die bessere Verbindung zu erzielen, wenn auch die Schmelztemperatur in geringem Maß differieren kann.
Darüber hinaus besteht bei Verwendung einer derartigen Nut aufgrund dessen, dass der innere Durchmesser der Nut kleiner ist als der Innendurchmesser des Rohrs die Gefahr, dass sich in der Rohrverbindung gefördertes Fluid in einem Spalt bzw. Raum zwischen der Innenseite des Rohrs und der Außenseite der inneren Wand der Nut sammelt, wobei im Fall eines aggressiven Kondensats die Verbindung geschädigt wird und das Fluid über die so geschaffenen Schadstellen der Verbindung zwischen Rohr und Anschlussstück nach außen dringt. Um dies zu vermeiden, weist die Rohrverbindung der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise im Bereich des Nutgrunds wenigstens eine Durchgangsöffnung in der die Nut begrenzenden radial inneren Wand, dem Innenring auf, um möglicherweise in dem erwähnten Spalt vorhandenes Fluid abführen zu können. Bei dem Fluid kann es sich beispielsweise bei Verwendung für ein Blowby-Rohr um Kondensat handeln. Die Durchgangsöffnung kann beispielsweise eine Durchbrechung des Innenrings, z. B. eine Bohrung sein, die vollständig von Material des Innenrings umgeben wird. Alternativ ist auch eine Schlitzung des Innenrings denkbar, so dass der Innenring an seiner axial oberen Seite diskontinuierlich ist. Darüber hinaus ist es bevorzugt mehrere der erwähnten Durchgangsöffnungen entlang des Umfangs des Innenrings vorzusehen, die vorzugsweise in gleicher Teilung und weiter bevorzugt einander diametral gegenüberliegend angeordnet sind.
Insbesondere problematisch hat sich die unterschiedliche Länge der verwendeten Rohre dann erwiesen, wenn an beiden Enden des Rohrs Anschlussstücke vorzusehen waren, d. h. die Rohrverbindung zwischen zwei Bauteilen zu platzieren ist, zwischen denen ein vorgegebener Abstand herrscht, so dass beim Verbauen ein entsprechender Längenausgleich nicht möglich ist. Folglich umfasst die Rohrverbindung der vorliegenden Erfindung an beiden Enden des Rohrs jeweils ein Anschlussstück von denen wenigstens eins mit der beschriebenen Nut versehen ist.
Wie es bereits erwähnt wurde, schlägt die vorliegende Erfindung ferner ein Rotationsschweißverfahren zum Herstellen einer oben beschriebenen Rohrverbindung vor. Dabei können auf an sich bekannte Weise das Anschlussstück und/oder das Rohr rotiert und die Stirnseite eines Endes des Rohrs mit dem Nutgrund der Nut des Anschlussstücks in Kontakt gebracht werden, wobei das Material des Anschlussstücks und/oder des Rohrs durch Reibungswärme aufgeschmolzen wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kennzeichnet sich dadurch, dass das Rohr und das Anschlussstück relativ zueinander aufeinander zu bewegt werden bis die gewünschte Endlänge der Rohrverbindung, d. h. das Ist-Maß in Axialrichtung erreicht ist. Während dieses Verfahrensschritts wird die entstehende überschüssige Schmelze vollständig in dem Ausgleichvolumen der Nut aufgenommen. Dabei ist es besonders bevorzugt, dass primär Material des Rohrs aufgeschmolzen wird, um den Längenausgleich zu schaffen. Dies kann dadurch gewährleistet werden, dass die Schmelztemperatur des Rohrs etwas geringer ist als die des Anschlussstücks, durch Verstärkung des Anschlussstücks und/oder dadurch, dass ein relativ dünnwandiges und damit leichter aufschmelzbares Rohrmaterial, z. B. ein Wellrohr, Verwendung findet. Unter der Begrifflichkeit „primär” ist dabei zu verstehen, dass in jedem Falle mehr Material des Rohrs als des Anschlussstücks aufgeschmolzen wird.
Um Löcher in der Zylinderwandung des Rohrs zu vermeiden, insbesondere bei der Verwendung sehr dünnwandiger Rohre ist es bevorzugt, dass die Zylinderwandung, sei es die Innenseite oder die Außenseite, mit dem Anschlussstück beim Verbindungsverfahren nicht in Kontakt kommt.
Um die Temperaturbeständigkeit einer derart erzeugten Rohrverbindung zu steigern, kann das nach o. g. Rotationsschweißverfahren erzeugte Produkt in einem folgenden Verfahrensschritt mit energiereichen Strahlen, insbesondere Gamma- oder Betastrahlen bestrahlt werden. Durch dieses prinzipiell im Stand der Technik bekannte strahleninduzierte Vernetzen der verwendeten Kunststoffe kann beispielsweise die Temperaturbeständigkeit der verwendeten Materialien (hier vorzugsweise Polyamid) von ca. 220°C auf über 300°C gesteigert werden, was erfindungsgemäß insbesondere beim Einsatz der Rohrverbindung als Blowby-Rohr zur Rückführung heißer Verbrennungsgase vorteilhaft ist.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung, die alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der obigen Merkmale umgesetzt werden können, es sei denn die Merkmale widersprechen einander, sind aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform ersichtlich. Diese erfolgt unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, in denen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Blowby-Rohrs als Beispiel einer Rohrverbindung der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine perspektivische Ansicht eines Anschlussstücks der Rohrverbindung aus 1 zeigt; und
3 einen Längsschnitt durch einen Teil des Rohrs aus 1 im Bereich der Verbindung mit dem Anschlussstück entlang der Linie 3-3 in 1 zeigt.
In den folgenden Darstellungen sind gleiche Teile durch die gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Darüber hinaus erfolgt die vorliegende Beschreibung anhand des Beispiels eines Blowby-Rohrs als Rohrverbindung. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung auch auf andere Rohrverbindungen übertragbar ist.
1 zeigt ein Blowby-Rohr als Beispiel einer Rohrverbindung mit einem Rohr, hier einem Wellrohr 10 und an entgegengesetzten Enden des Wellrohrs 10 angeordneten Anschlussstücken 20.
Das Wellrohr 10 ist beispielsweise aus Polyamid gebildet und weist abwechselnd Wellenberge und Wellentäler auf, die in einer Teilung a (3) angeordnet sind. Das Wellrohr 10 weist eine Wandstärke s auf. Die beiden Enden des Wellrohrs 10 weisen jeweils eine Stirnseite 11 auf, die die Zylinderöffnung des Wellrohrs 10 begrenzt. Das Wellrohr hat eine Innenseite 12 und eine Außenseite 13, wobei die Innenfläche 12 den Innendurchmesser bzw. -radius R_i und die Außenfläche 13 den Außendurchmesser bzw. Außenradius R_a definiert. Das Wellrohr wird als Meterware meist gerollt zur Verfügung gestellt und zur Herstellung des in 1 dargestellten Blowby-Rohrs auf Länge geschnitten. Aufgrund der Eigenschaften von Polyamid, wie es eingangs beschrieben wurde, kann ein Wellrohr 10 bei einer Länge von z. B. etwa 200 mm ein Längentoleranz von ± 10 mm (ca. 5%) aufweisen. Darüber hinaus ist es aufgrund der Krümmung des Wellrohrs vor dem Schneiden, die aus dem Aufrollen des Wellrohrs zu Rollen resultiert, denkbar, dass die Stirnseite keinen Ring senkrecht zur Längserstreckung bzw. Längsmittelachse L (3) bildet, sondern vielmehr schräg dazu verlaufen kann.
Das in 1 oben dargestellte Anschlussstück ist relativ zur Längsachse L gewinkelt. Es weist ebenso wie das Anschlussstück 20 an dem entgegengesetzten Ende zwei diametral gegenüberliegende Verriegelungen, hier Rasthaken 21, auf, die zum Verbinden des Anschlussstücks an eine Zylinderkopfhaube eines Motors (nicht gezeigt) dient. Das Anschlussstück 20 am entgegengesetzten Ende (in 1 unten) dient der Verbindung mit einem Reinluftrohr. Die in 1 dargestellte Rohrverbindung dient damit zur Rückführung von Motor-Blowby-Gasen in den Ansaugtrakt und damit zur Kurbelgehäuseentlüftung.
Es muss eine mediendichte, d. h. vor allem öl- und luftdichte Verbindung vom Zylinderkopf zum Reinluftrohr hergestellt werden. Dabei erfolgt die Abdichtung zu den Anschlussstellen am Reinluftrohr bzw. Zylinderkopfhaube mit O-Ringen 29.
Um eine öl- und luftdichte Verbindung zwischen den Anschlussstücken 20 und dem Wellrohr 10 herzustellen, wird ferner ein Rotationsschweißverfahren verwendet, um die Elemente zu verbinden. Dazu weisen die Anschlussstücke 20 jeweils einen Anschlussabschnitt 22 auf. Das Anschlussstück 20 kann aus glasfaserverstärktem Polyamid gebildet sein.
Wenigstens einer dieser Anschlussabschnitte 22 kann erfindungsgemäß ausgestaltet sein.
Das in 1 unten dargestellte Anschlussstück 20 ist in 2 einzeln und perspektivisch dargestellt sowie in 3 entlang der Schnittlinie im Längsschnitt 3-3 aus 1.
Das Anschlussstück 20 umfasst einen zylinderförmigen Abschnitt 23, an den sich der Anschlussbereich 22 anschließt. Der Anschlussbereich 22 weist hierbei eine ringförmige Nut 24 auf, die konzentrisch zur Längsachse L und dem Abschnitt 23 angeordnet ist. Die Nut 24 ist definiert durch eine radial außen liegende Wand 25 und eine radial innen liegende Wand 26 sowie den die Wände 25 und 26 verbindenden Nutgrund 27.
Die Verbindung zwischen dem Wellrohr 10 und dem Anschlussstück 20 erfolgt durch ein Rotationsschweißverfahren. Damit erfolgt die Verbindung zwischen der Stirnseite 11 und dem Nutgrund 27 stoffschlüssig durch Aufschmelzen der beiden Materialien des Wellrohrs 10 und des Anschlussstücks 20.
Zu diesem Zweck ist es bevorzugt das Wellrohr 10 und die Anschlussstücke 20 aus dem gleichen zumindest aber einem Material mit gleicher oder ähnlicher Schmelztemperatur zu bilden, so dass beim Verbindungsvorgang beide Materialien aufschmelzen und eine sichere Verbindung miteinander eingehen.
Das Volumen der Nut 24 definiert sich durch den Innenradius R_iN sowie den Außenradius R_aN und die Höhe h der Nut 24. Bezüglich der Höhe h wird die Höhe der Wand 25 oder 26 herangezogen, die niedriger ist. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Höhe der Wände 25, 26 in Längsrichtung L gleich. Es ist aber auch denkbar die radial innen liegende Wand 26 niedriger zu gestalten als die radial außen liegende Wand 25. Das Volumen der Nut 24 ergibt sich demnach wie folgt: V_N = 2·π·R_mN·(R_aN – R_iN)·h
Das Volumen wird dabei so festgelegt, dass es in der Lage ist die maximale Überlänge des Wellrohrs 10 als aufgeschmolzenes Material aufzunehmen. D. h. im fertigen Zustand soll kein aufgeschmolzenes Material über die Wände 25 und/oder 26 vorstehen. Gemäß dem oben erwähnten Beispiel muss die Nut damit in der Lage sein Material des Wellrohrs 10 entlang einer Länge, resultierend aus der maximalen Toleranz, von wenigstens 10 mm als überschüssige Schmelze aufzunehmen.
Als Mindestwert für das Volumen V_N ergibt sich damit: V_N = 2·π·R_m·s·T·(1 + 2/a·(R_a – R_i – 2s))·k

T: Längentoleranz des Wellrohres [mm]
k: Ausgleichsfaktor für Lufteinschlüsse (1,25–1,5)
R_a: Radius Wellrohr außen
R_i: Radius Wellrohr innen
R_m: = (Ra + R_i)/2
s: Wandstärke Wellrohr
a: Teilung Wellrohr

Darüber hinaus weist die radial innen liegende Wand 26 zwei (siehe 2) diametral gegenüberliegende Durchgangsöffnungen 30, hier Schlitze auf. Die Schlitze sind an der Oberkante der radial innen liegenden Wand 26 offen und erstrecken sich bis zumindest zum Nutgrund 27, vorzugsweise geringfügig darüber hinaus. In dem Zwischenraum 31 zwischen der Innenseite 12 des Wellrohrs 10 und der zur Nut 24 weisenden Seite der radial innen liegenden Wand 26 vorhandenes Fluid, bei dem vorliegenden Beispiel Kondensat aus den Blowby-Gasen, kann daher über die Schlitze aus dem Zwischenraum 31 abgeführt werden und wird in die Fluidströmung zurückgeführt, bzw. von der Fluidströmung mitgerissen. Ein Austreten des in diesem Zwischenraum 31 befindlichen Fluids durch die Verbindungsstelle im Bereich der Stirnseite 11 und des Nutgrunds 27 wird daher zuverlässig vermieden. Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform zwei solche Durchgangsöffnungen 30 beschrieben sind, ist es denkbar nur eine oder mehrere solche Öffnungen 30 vorzusehen. Bei mehreren sind diese bevorzugt gleichmäßig über den Umfang verteilt.
Aus der Darstellung in 3 wird ferner ersichtlich, dass die radiale Dimensionen des Wellrohrs 10 und der Wände 25, 26 so gewählt sind, dass der Radius R_iN kleiner als der Radius R_i und der Radius R_aN größer als der Radius R_a ist. Dadurch wird beim Rotationsschweißverfahren ein Kontakt der Innenseite 12 und der Außenseite 13 des Wellrohrs 10 mit den zur Nut 24 weisenden Seiten der Wände 25, 26 vermieden. Damit kann das Auftreten von Löchern in der Wellrohrwandung 10 bei der Herstellung zuverlässig vermieden werden. Darüber hinaus wird ausreichend Raum geschaffen, um die überschüssige Schmelze, wie es oben beschrieben wurde, aufzunehmen.
Das Herstellungsverfahren wird im Folgenden kurz erläutert.
Zur Herstellung des Rohrs aus 1 wird zunächst eines der Anschlussstücke 20 mit dem Wellrohr 10 verbunden. Dabei wird das Wellrohr 10 und/oder das Anschlussstück 20 rotiert und die Stirnseite 11 entsprechend mit dem Nutgrund 27 in Kontakt gebracht. Dadurch schmelzen vorteilhafterweise beide Materialien in diesem Bereich auf und gehen eine stoffschlüssige Verbindung miteinander ein. Für diese Verbindung sind im Prinzip 1–2 mm aufgeschmolzenes Material bspw. des Wellrohrs 10 in Längsrichtung ausreichend. Im Anschluss wird das zweite Anschlussstück 20 mit dem Verbund aus Wellrohr 10 und am entgegengesetzten Ende verbundenen Anschlussstück 20 verbunden. Dabei wird der Verbund und/oder das zweite Anschlussstück 20 rotiert und die Stirnseite 11 mit dem Nutgrund 27 in Kontakt gebracht. Auch hier schmilzt durch Reibungswärme das Material auf, so dass die Elemente in diesem Bereich eine stoffschlüssige Verbindung eingehen. Um das Ist-Längsmaß in Richtung L zwischen den Anschlussstücken 20 zu erzielen, werden das Anschlussstück 20 und/oder das Wellrohr 10 aufeinander zu bewegt, d. h. gegeneinander gedrückt, so dass weiteres Material aufgeschmolzen wird bis die gewünschte Länge erzielt wird. Bei einem Wellrohr 10 mit einer noch vorhandenen Überlänge von 10 mm erfolgt eine Relativbewegung um 10 mm bis das Ist-Maß erreicht ist. Nach dem Abkühlen kann die fertige Rohrverbindung 10 entnommen werden. Das überschüssige Material wird vollständig im Ausgleichsvolumen V_N der Nut 24 aufgenommen.
Darüber hinaus wird bei der Verbindung sowohl des ersten als auch des zweiten Anschlussstücks 20 bei einem schiefen Schnitt schräg zur Längserstreckung L ein entsprechender Ausgleich geschaffen und es kann zuverlässig gewährleistet werden, dass eine Verbindung von Wellrohr 10 und Anschlussstück über den gesamten Umfang des Wellrohrs 10 erfolgt, wobei überschüssiges Material vollständig in der Nut 24 aufgenommen wird.
Obwohl die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand der obigen Ausführungsform beschrieben wurde, versteht sich, dass verschiedenartige Modifikationen möglich sind. Beispielsweise könnte statt dem Wellrohr 10 auch ein Rohr mit glatter Außenfläche eingesetzt werden. Auch wäre es denkbar das Wellrohr 10 im Bereich der Verbindung mit den Anschlussstücken 20 mit glatter Außenfläche (Zylinderfläche) auszugestalten. Auch sind andere Materialien als das erwähnte Polyamid denkbar, wobei jedoch bevorzugt gleiche oder zumindest hinsichtlich ihrer Schmelztemperatur vergleichbare Materialien zum Einsatz kommen.

Claims

Rohrverbindung, umfassend ein Rohr (10), das herstellungsbedingt einer Längentoleranz unterliegt, und wenigstens ein Anschlussstück (20) mit einer ringförmigen Nut (24), die einen Nutgrund (27) aufweist, wobei der Nutgrund (27) mit der Stirnseite (11) an einem Ende des Rohrs (10) verschmolzen ist, um das Rohr (10) mit dem Anschlussstück (20) zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (24) ein Ausgleichsvolumen (V_N) definiert und überschüssige Schmelze aufnimmt wozu der innere Durchmesser (R_iN) der Nut (24) kleiner ist als der Innendurchmesser (R_i) des Rohrs (10) und der äußere Durchmesser (R_aN) der Nut (24) größer ist als der Außendurchmesser (R_a) des Rohrs (10), und das Ausgleichsvolumen (V_N) der Nut (24) gestaltet ist, um Schmelze wenigstens entsprechend der Materialmenge des Rohrs (10) bei maximaler Längentoleranz aufnehmen zu können.
Rohrverbindung nach Anspruch 1, bei der das Rohr (10) ein Wellrohr ist und das Ausgleichsvolumen (V_N) durch V_N = 2·π·R_m·s·T·(1 + 2/a·(R_a – R_i – 2s))·k vorgegeben ist, wobei T Maximale Längentoleranz des Wellrohres [mm] k Ausgleichsfaktor für Lufteinschlüsse (1,25–1,5) R_a Radius Wellrohr außen R_i Radius Wellrohr innen R_m = (R_a + R_i)/2 s Wandstärke Wellrohr a Teilung Wellrohr
Rohrverbindung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Rohr (10) und das Anschlussstück (20) aus einem Material mit im Wesentlichen gleicher Schmelztemperatur, vorzugsweise Polyamid, bestehen.
Rohrverbindung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der zumindest im Bereich des Nutgrunds (27) wenigstens eine Durchgangsöffnung (30) in einer die Nut (24) begrenzenden radial inneren Wand (26) vorgesehen ist, über die zwischen der Innenseite des Rohrs (12) und der Außenseite der radial inneren Wand (26) vorhandenes Fluid aus der Nut (24) abführbar ist.
Rohrverbindung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der an beiden Enden des Rohrs (10) jeweils ein Anschlussstück (20) angeordnet ist.
Verfahren zum Herstellen einer Rohrverbindung nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend die Schritte: Rotieren des Anschlussstücks (20) und/oder des Rohrs (10); in Kontakt bringen der Stirnseite (11) eines Endes des Rohrs (10) mit dem Nutgrund (27) der Nut (24) des Anschlussstücks (20), wobei das Material des Anschlussstücks (20) und/oder des Rohrs (10) durch Reibungswärme aufgeschmolzen wird, gekennzeichnet durch Aufeinander zu bewegen des Rohrs (10) und des Anschlussstücks (20) bis die gewünschte Endlänge der Rohrverbindung erreicht ist, wobei die dabei entstehende Schmelze vollständig in dem Ausgleichsvolumen (V_N) der Nut (24) aufgenommen wird und die Zylinderwand des Rohrs (10) nicht in Kontakt mit dem Anschlussstück (20) kommt.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem beim Aufeinander zu bewegen des Rohrs (10) und des Anschlussstücks (20) primär Material des Rohrs (10) aufgeschmolzen wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrverbindung mit energiereicher Gamma- oder Betastrahlung bestrahlt wird.