DE19501780A1

DE19501780A1 - Rohr-Flansch-Verbindung

Info

Publication number: DE19501780A1
Application number: DE19501780A
Authority: DE
Inventors: Ralph M Naubert; Thomas Buckel
Original assignee: Leistritz AG and Co Abgastechnik
Current assignee: Leistritz AG and Co Abgastechnik
Priority date: 1994-01-21
Filing date: 1995-01-21
Publication date: 1995-08-03
Anticipated expiration: 2015-01-22
Also published as: DE19501780C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Rohr-Flansch-Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Bei bekannten Rohr-Flansch-Verbindungen, beispielsweise an Rohrkrümmern von Kraftfahrzeug-Abgasanlagen, ist das Abgasrohr mittels einer Schweißverbindung mit dem Flansch fest verbunden. Die Schweißverbindung hat jedoch den Nachteil, daß sich während des Schweißvorgangs das Werkstoffgefüge sowohl des Rohrwerkstoffs als auch des Flanschwerkstoffs verändert. Diese Gefügeänderungen können Undich tigkeiten, Toleranzfehler oder ähnlich unerwünschte Begleiterscheinungen nach sich ziehen. Wegen dieser Begleiterscheinungen ist eine aufwendige Über wachung einer Serienfertigung von geschweißten Rohr-Flansch-Verbindungen erforderlich.

Die geschweißten Rohr-Flansch-Verbindungen nach dem Stand der Technik haben ferner den Nachteil, daß eine Nachbearbeitung der Schweißnaht mit verschleißenden Werkzeugen erforderlich ist. Da die Schweißnähte sehr ver schieden ausfallen, ist eine kostengünstige vollautomatische Großserienferti gung mittels eines Schweißverfahrens nicht möglich.

Schließlich ist nachteilhaft, daß zur Schweißung von Rohr-Flansch-Verbin dungen aufwendige Spezialmaschinen erforderlich sind, welche entsprechend kompliziert zu warten sind. Eine Herstellung geschweißter Rohr-Flansch-Ver bindungen mit konventionellen Werkzeugmaschinen ist deshalb nicht möglich. Außerdem ist das Schweißen sehr arbeitsintensiv und deshalb mit hohen Fer tigungskosten verbunden.

Ausgehend von diesen Nachteilen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine ungeschweißte Rohr-Flansch-Verbindung zu schaffen. Diese Aufgabe ist durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst.

Gegenüber den geschweißten Rohr-Flansch-Verbindungen nach dem Stand der Technik hat die erfindungsmäßige, mittels eines Preßsitzes realisierte Rohr-Flansch-Verbindung den Vorteil, daß keine Gefügeänderungen im Rohr werkstoff einerseits oder im Flanschwerkstoff andererseits durch Temperatur beeinflussung auftreten. Insbesondere ist der stets zu Ausschußteilen führende Schweißverzug wirksam verhindert.

Außerdem hat die gepreßte Rohr-Flansch-Verbindung den Vorteil, daß keine Nacharbeiten mit verschleißenden Werkzeugen erforderlich sind. Das bei einer Schweißverbindung stets erforderliche Entgraten bzw. Fräsen entfällt. Dieser Entfall einer Nachbearbeitung mit verschleißenden Werkzeugen hat zudem den Vorteil, daß die durch den Verschleiß des Nachbearbeitungswerkzeugs an fallenden Ausschußteile vermieden werden. Der Gutteilanteil an der Fertigung wird dadurch gegenüber dem Stand der Technik erheblich gesteigert. Schon aufgrund der entfallenden Nachbearbeitung aber auch infolge der Schnelligkeit des Preßvorgangs sind die erfindungsmäßigen Rohr-Flansch-Verbindungen darüber hinaus in erheblich kürzeren Taktzeiten herstellbar als nach dem Stand der Technik.

Die Erfindung hat des weiteren den Vorteil, daß die Fertigung mit einer einfa chen Hydraulikpresse realisierbar ist. Das in der Hydraulikpresse verwendete Formwerkzeug ist darüber hinaus nahezu verschleißfrei, was sich werkzeugko stensenkend auswirkt. Darüber hinaus fallen Werkzeugwechsel weitaus selte ner an als beim bisher verwendeten Schweißverfahren. Außerdem ist der Werkzeugwechsel an einer Hydraulikpresse erheblich schneller durchführbar als an einem Schweißgerät nach dem Stand der Technik. Da für den Preßvor gang jede konventionelle Hydraulikpresse geeignet ist und nur ein angepaßter Preßstempel angefertigt werden muß, sind die Anlageninvestitionen vor Ein richtung einer Serienfertigung auch erheblich niedriger als beim Stand der Technik.

Schließlich ist es auch erheblich einfacher, den Preßvorgang zur Schaffung des erfindungsmäßigen Preßsitzes zu automatisieren als den Schweißvorgang für die Schweißverbindung nach dem Stand der Technik. Auch ist vorteilhaft, daß die infolge einer Schweißnaht auftretende Kerbwirkung entfällt. Die mit einer Schweißnaht stets einhergehenden festigkeitsmindernden Einflüsse sind durch die Erfindung ebenfalls eliminiert. Wegen des möglichen, hohen Automa tisierungsgrads ist der Personalaufwand zur Fertigung der erfindungsmäßigen Rohr-Flansch-Verbindungen sehr viel geringer als nach dem Stand der Tech nik.

Die Gestaltung des Randbereichs der Rohröffnung am Flanschteil nach An spruch 2 schafft eine großflächige Anlageschulter für das mit dem Flanschteil im Montageendzustand verbundene Flanschende des Rohrs. Infolge dieser Ausgestaltung kann der Rohrüberstand auf der Flanschseite großzügiger aus gelegt sein als beim Stand der Technik, was die Solidität der Rohr-Flansch- Verbindung zusätzlich verbessert.

Die Dimensionierung des Kröpfungswinkels nach Anspruch 3 ermöglicht einen selbsthemmenden Preßsitz des in die Rohröffnung eingepreßten Flanschendes des Rohrs.

Die Ansprüche 4 und 5 betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der miteinander zu verpressenden Halbzeuge. Nach der Lehre des Anspruchs 4 ist das zu ver pressende Flanschende des Rohrs trompetenartig aufgeweitet. Das Rohr weist also einen konisch sich zum Ende hin erweiternden Kegelrand als Flanschende auf. Mit diesem konischen Flanschende liegt das vorzugsweise automatisch in die Rohröffnung am Flanschteil einschiebbare Rohr an Teilbereichen der Kröpfung an. Durch dieses teilweise Anliegen des Flanschendes an Teilberei chen der Kröpfung ist das Rohr bereits in einer Vormontagestellung im Flanschteil vorübergehend in seiner Sollstellung gehalten.

Die Ansprüche 6 bis 9 betreffen einen Einpreßring. Dieser Einpreßring ist zu sätzlich in den Preßsitz vom Flanschende des Rohrs her einbringbar. In seiner Montageendstellung liegt der Einpreßring umlaufend im verpreßten Flan schende des Rohrs ein. Er beaufschlagt die der Anlageschulter abgewandte Seite des Flanschendes. Der Einpreßring liegt hierbei mit seiner Anlagefläche am Flanschende des Rohrs an. Das Flanschende des Rohrs ist also zwischen der Anlagefläche des Einpreßrings und der Anlageschulter der Rohröffnung zusätzlich gehalten. Die der Anlagefläche des Einpreßrings abgewandte Fläche bildet eine Dichtfläche. Die Anpassung des Profilquerschnitts des Einpreßrings an die Form der Abkröpfung nach Anspruch 7 dient der Montagevereinfachung des Einpreßrings.

Die Ansprüche 8 und 9 betreffen eine bevorzugte Ausführungsform des Ein preßrings. Danach ist auf der dem Flanschende des Rohrs zugewandten An lagefläche eine zusätzliche Noppe auf dem Einpreßring angebracht. Vorzugs weise ist diese Noppe im Bereich des Außenrands der Anlagefläche angeord net. Die Noppe ist so ausgestaltet, daß sie sich beim Einpressen des Einpreß rings plastisch verformt. Durch die plastische Verformung der Noppe liegt der Ring stets bündig unter Zwischenlage des Flanschendes des Rohrs am Flanschteil an. Im Bereich der Noppe ist der Einpreßring also stets bündig zum Flanschteil verpreßt, wodurch der gesamte Preßsitz wirksam abgedichtet ist. Die Noppe gleicht zugleich Toleranzfehler am Flanschende des Rohrs oder an der Rohröffnung des Flanschteils aus.

In Anspruch 10 ist vorgeschlagen, zur Senkung der Taktzeiten das Rohr und den Einpreßring mit dem Flanschteil in einem einzigen Arbeitshub gleichzeitig miteinander zu verpressen. Bei automatischer Zuführung des Rings kann das Einpressen des Rings und das Pressen der Rohr-Flansch-Verbindung auf derselben Maschine in einem Arbeitstakt durchgeführt werden.

Anspruch 11 betrifft schließlich ein Flanschteil mit mehreren Rohröffnungen, in welches eine entsprechende Anzahl von Rohren eingebracht wird. Hier bildet also ein Flanschteil mit mehreren Rohren mehrere erfindungsmäßige Rohr- Flansch-Verbindungen aus. Auch hier ist es möglich, in einem Arbeitshub sowohl sämtliche Rohr-Flansch-Verbindungen zugleich zu fertigen. Bei auto matischer Zuführung des Einpreßrings ist es darüber hinaus möglich, sowohl sämtliche Rohr-Flansch-Verbindungen als auch sämtliche Einpreßringe in ei nem Arbeitshub zu montieren.

Die im Anspruch 12 angegebene Werkstoffkombination von ferritischem Stahl für das Rohr oder den Einpreßring einerseits und entsprechend austenitischem Stahl für das Rohr oder den Einpreßring andererseits bewirkt, daß sich der Preßsitz bei Temperaturwechselbeanspruchungen nicht löst. Bei der Werkstof fauswahl ist also darauf zu achten, daß die Temperatur-Ausdehnungskoeffizi enten des Flanschteils, des Rohrs und des Einpreßrings so aufeinander abge stimmt sind, daß ein Lösen des Preßsitzes unmöglich wird.

Anhand der Zeichnungsfiguren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung be schrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine geschnittene Darstellung der erfindungsmäßigen Rohr-Flansch- Verbindung sowohl im Vormontagezustand (untere Hälfte der Figur) als auch im Montageendzustand (obere Hälfte der Figur),

Fig. 2 eine Ausschnittsvergrößerung der unteren Hälfte von Fig. 1 mit der Rohr-Flansch-Verbindung im Vormontagezustand sowie

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Einlaßseite der Rohr-Flansch-Verbindung gemäß Pfeil III in Fig. 1.

Das Flanschteil 1 ist definiert durch seine Einlaßseite 2 und seine Auslaß seite 3. In das Flanschteil 1 eingebracht ist die Rohröffnung 4, welche ihrerseits als Aufnahme für das Rohr 5 wirksam ist. Der durch das Rohr 5 zu fördernde Fluidstrom verläuft in Strömungsrichtung 6 durch das Rohr 5. Der Fluidstrom tritt also an der Einlaßseite 2 des Flansches in das Rohr 5 ein, durchströmt den Flansch 1 im Rohr 2 und verläßt den Flansch 1 an seiner Auslaßseite 3 durch das Rohr 5. Die Strömungsrichtung 6 verläuft also in Richtung von der Einlaß seite 2 zur Auslaßseite 3. Die Rohröffnung 4 im Flanschteil 1 weist eine Kröp fung 7 als Randbereich auf. Die Kröpfung 7 weist einen flachen Kröpfungswin kel 8 von 40 auf (Figurenzeichnung diesbezüglich nicht maßstäblich!).

Das das Flanschende 9 bildende Ende des Rohrs 5 ist nach Art einer Trompete im Zustand vor der Montage aufgeweitet. Dieser Zustand vor der Montage ist in der unteren Hälfte 10 der Fig. 1 und in Fig. 2 dargestellt. In Strömungsrich tung 6 schließt sich an das Flanschende 9 des Rohrs 5 ein hohlzylindrischer Bereich an. Durch diesen hohlzylindrischen Bereich des Rohrs wird das Fluid in Strömungsrichtung 6 gefördert. Das Rohr 5 wird zur Montage in die Rohröff nung 4 des Flanschteils 1 eingeschoben. Vor dem Preßvorgang liegt das Flanschende 9 an Teilbereichen der Kröpfung 7 an. Zur Montage wird das Flanschende 9 des Rohrs 5 in der mit der Strömungsrichtung kongruenten Preßrichtung plastisch verformt. Infolge der plastischen Verformung schmiegt sich das Flanschende 9 an die Kröpfung 7 an. Das Flanschende 9 wird also regelrecht in die Kröpfung 7 hineingepreßt. Die Form des Flanschendes 9 ent spricht nach dem Preßvorgang derjenigen der Kröpfung 7. Dieser Monta geendzustand ist in der oberen Hälfte 11 der Fig. 1 dargestellt.

Infolge des flachen Kröpfungswinkels 8 ist das Rohr 5 mit seinem Flansch ende 9 selbsthemmend in der Kröpfung 7 gehalten. Durch diesen selbsthem menden Halt ist die Verschieblichkeit des Rohres 5 sowohl in Strömungs richtung 6 als auch gegen die Strömungsrichtung 6 aufgehoben. Zur zusätzli chen Lagesicherung des Rohres 5 und zur Verbesserung der Dichteigenschaf ten dient der Einpreßring 12. Der Einpreßring 12 wird von der Einlaßseite 2 her in Strömungsrichtung 6 in das Flanschende 9 des Rohres 5 eingeschoben. Der Außenrand 13 des Einpreßrings 12 besteht aus einer Innenfläche 14, einer Außenfläche 151 einer Dichtfläche 16 und einer Anlagefläche 17. Mit der Anla gefläche 17 und der Außenfläche 15 liegt der Einpreßring 12 an den entspre chenden Wänden der Kröpfung 7 an. Die Dichtfläche 16 und die Anlageflä che 17 verlaufen hierbei im Montageendzustand senkrecht zur Strömungsrich tung 6. Die Außenfläche 15 ist um den Betrag des Kröpfungswinkels 8 in An passung an die Kröpfung 7 ebenfalls geneigt. Aus dem Außenrand der im Montageendzustand an der Anlageschulter 19 anliegenden Anlagefläche 17 steht in Richtung auf die Kröpfung 7 die Noppe 18 hinaus. Die Noppe 18 dient zum Ausgleich von Toleranzfehlern.

Zur Montage des Einpreßrings 12 wird der Einpreßring 12 in der zur Strö mungsrichtung 6 kongruenten Preßrichtung in das Flanschende 9 des Rohres 5 hineingepreßt. Wie aus der oberen Hälfte 11 der Fig. 1 zu ersehen ist, liegt im Montageendzustand das Flanschende 9 des Rohrs 5 zwischen der Außenflä che 15 und der Anlagefläche 17 des Einpreßrings 12 einerseits und der Kröp fung 7 des Flanschteils 1 ein. Aus der oberen Hälfte 11 der Fig. 1 ist ferner er kennbar, daß die Noppe 18 durch den Preßvorgang nahezu plastisch einge drückt wird. Das Material der Noppe 19 fließt also in den Werkstoff des Rohrs 5 im Bereich des Flanschendes 9 hinein, um Maß- bzw. Formtoleranzen aus zugleichen und dichtet so die Preßverbindung insgesamt ab. Durch die zwi schen der Kröpfung 7, dem Flanschende 9 und der Außenfläche 15 bzw. An lagefläche 17 des Einpreßrings 12 entstehenden Fugen kann auf diese Weise kein Fluid mehr eindringen. Das Fluid ist folglich gezwungen, in das Rohr 5 hineinzuströmen.

Aus der oberen Hälfte 11 der Fig. 1 Ist des weiteren erkennbar, daß der Ein preßring 12 mit seiner dem Flanschende 9 und der Kröpfung 7 abgewandten Dichtfläche gegen die Strömungsrichtung 6 aus der Einlaßseite 2 des Flansch teils 1 geringfügig hervorsteht. Die Dichtfläche 16 ist allein dichtend zwischen dem Flanschteil 1 und dem sich an die Einlaßseite 2 des Flanschteils 1 an schließenden Teil wirksam. Dieses Teil kann beispielsweise ein Zylinderkopf 2 sein. Auf diese Weise ist es möglich, die Dichtfläche 16 des Einpreßrings 12 auf einer Präzisionsmaschine bzw. mit einem Präzisionsverfahren vorzubearbeiten. Durch das Einpressen des Einpreßrings wird die Dichtfläche nicht beschädigt. Eine derartig vorbereitete Präzisionsdichtfläche ist sehr viel kostengünstiger herstellbar als eine an der fertigen Rohr-Flansch-Verbindung herzustellende Dichtfläche.

Das Einpressen des Rohres 5 mit seinem Flanschende 9 in die Kröpfung 7 am Flanschteil 1 einerseits und des Einpreßrings 12 andererseits kann entweder getrennt nacheinander oder gleichzeitig erfolgen. Sowohl das Verpressen des Flanschendes 9 als auch das Einpressen des Einpreßrings 12 kann also in ei nem einzigen Fertigungsgang erfolgen.

Bezugszeichenliste

1 Flanschteil
2 Einlaßseite
3 Auslaßseite
4 Rohröffnung
5 Rohr
6 Strömungsrichtung
7 Kröpfung
8 Kröpfungswinkel
9 Flanschende
10 untere Hälfte der Fig. 1
11 obere Hälfte der Fig. 1
12 Einpressung
13 Außenrand
14 Innenfläche
15 Außenfläche
16 Dichtfläche
17 Anlagefläche
18 Noppe
19 Anlageschulter.

Claims

1. Rohr-Flansch-Verbindung insbesondere für Rohrkrümmer an einer Abgas anlage,

- mit einem Flanschteil (1) und
- mit einem mit seinem Flanschende (9) in einer Rohröffnung (4) des Flanschteils (1) gelagerten Rohr (5), dadurch gekennzeichnet, daß das Flanschende (9) in die Rohröffnung (4) eingepreßt ist.

2. Rohr-Flansch-Verbindung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen gekröpften Randbereich (7) der Rohröffnung (4).

3. Rohr-Flansch-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, gekennzeichnet durch einen Kröpfungswinkel (8) kleiner als 5°.

4. Rohr-Flansch-Verbindung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

- daß das Flanschende (9) des Rohrs (5) vor dem Einpressen konisch auf geweitet ist und
- daß das Flanschende (9) derart plastisch verformbar ist, daß es sich nach dem Pressen selbsthemmend an die den Randbereich bildende Kröp fung (7) anschmiegt.

5. Rohr-Flansch-Verbindung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Flanschende (9) in einer Vormontagestellung teilweise an der Kröp fung (7) anliegt.

6. Rohr-Flansch-Verbindung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen, gekennzeichnet durch einen in das in die Rohröffnung (4) eingepreßte Flanschende (9) einsetzba ren, insbesondere einpreßbaren Einpreßring (12) als Sicherung des Preß sitzes.

7. Rohr-Flansch-Verbindung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen der Form der Kröpfung (7) angepaßten Profilquerschnitt des Einpreß rings (12).

8. Rohr-Flansch-Verbindung nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, gekennzeichnet durch durch eine Noppe (18) auf der dem Flanschende (9) des Rohrs (5) in Mon tageendstellung zugewandten Anlagefläche (17) des Einpreßrings (12) zum Ausgleich von Toleranzen.

9. Rohr-Flansch-Verbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Noppe (18) am Außenrand (13) der Anlagefläche angeordnet ist.

10. Rohr-Flansch-Verbindung nach einem der Ansprüche 6 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß das Flanschende (9) des Rohrs (5) und der Einpreßring (12) zugleich mit einem Preßvorgang in die Rohröffnung (4) einpreßbar sind.

11. Rohr-Flansch-Verbindung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Flanschteil (1)

- mit mehreren, vorzugsweise nebeneinander angeordneten Rohröffnun gen (4) und
- mit einer entsprechenden Anzahl von jeweils in eine Rohröffnung (4) ein preßbaren Rohren (5).

12. Rohr-Flansch-Verbindung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Werkstoffpaarung aus ferritischen und austenitischem Stahl derart, daß das Rohr (5) aus austenitischem Stahl und der Einpreßring (12) aus ferriti schem Stahl besteht oder daß das Rohr (5) aus ferritischem Stahl und der Einpreßring (12) aus austenitischem Stahl besteht.