DE19604367C2 - Abgasleitung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Abgasleitung gemäß den Merk
malen im Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei der Abgasführung von dem Verbrennungsmotor eines
Automobils zu einem in die Abgasanlage integrierten Kata
lysator und/oder einer Motoraufladung werden doppelwan
dige Abgasleitungen eingesetzt. Hierdurch werden die Wär
meverluste des Abgases bis zum Katalysator bzw. der
Motoraufladung gering gehalten, was einerseits ein
schnelles Ansprechen des Katalysators bewirkt und ande
rerseits die zur Motoraufladung zur Verfügung stehende
Enthalpie erhöht.
Luftspaltisolierte Abgasleitungen erlauben eine Entkopp
lung des gasführenden Innenrohrs von dem die äußeren so
wie inneren Kräfte aufnehmenden Außenrohr. Äußere Kräfte
resultieren unter anderem als Folge von Schwingungen. Bei
den inneren Kräften ist unter anderem die Wärmeausdehnung
des äußeren Rohrs aufzunehmen. Hierzu sind Ausgleichsan
ordnungen erforderlich.
Aus der DE 39 25 802 A1 ist beispielsweise eine Schie
besitzkonstruktion für das innere gasführende Rohr be
kannt. Das Innenrohr kann sich so ausdehnen, ohne Schaden
zu nehmen.
Diese gasdurchlässigen Schiebesitze sind in der Regel am
Außenrohr nicht einsetzbar. Demzufolge kommen hier geson
derte Ausgleichsgelenke bzw. Dehnungsausgleicher zum Ein
satz.
In diesem Zusammenhang zählt ein Dehnungsausgleicher zum
Stand der Technik, bei welchem zwei Rohrabschnitte durch
ein flexibles Brückenglied in Form eines Wellrohrs mit
einander verbunden sind. Die zylindrischen Enden des
Wellrohrs werden umfangsseitig der Enden der Rohrab
schnitte verschweißt.
Der Einsatz derartiger Dehnungsausgleicher am Außenrohr
einer doppelwandigen Abgasleitung ist jedoch mit nicht
unerheblichen fertigungstechnischen und kostenmäßigen
Mehraufwendungen verbunden. Auch wird durch die
schweißtechnische Festlegung die Qualität der Abgaslei
tung verschlechtert. Neben dem zusätzlichen Gewicht durch
die Dehnungsausgleicher ist weiterhin nachteilig, daß die
Dehnungsausgleicher häufig nicht am Ort der größten auf
tretenden Wärmespannungen plaziert werden können und dann
ihre Aufgabe nur bedingt erfüllen.
Die DE 37 14 761 A1 offenbart eine Abgasleitung für Ver
brennungsmotoren, die aus einem inneren und einem äußeren
gewellten Blechrohr besteht. Dabei fungiert das innere
Blechrohr als durchgehende, das Abgas führende Leitung,
welche an beiden Enden mit Anschlußstücken versehen ist.
Die Wellung beider Rohre ist durch umlaufende Sicken ge
bildet, an die sich jeweils zylindrische Zwischenab
schnitte anschließen. Nachteilig hieran ist die relativ
aufwendige Herstellung, bei der das Innen- und das Außen
rohr separat gefertigt werden. Anschließend werden die
Rohre ineinander geschoben und zumindest das Innenrohr
mit den Anschlußstücken verschweißt. Besonders nachteilig
ist jedoch die Tatsache, daß die Anbindung zwischen Motor
und nachgeschaltetem Katalysator über das Innenrohr er
folgt. Eine mit Schiebesitz relative Verlagerbarkeit des
Innenrohrs ist somit nicht gegeben. Die Abgasleitung ver
mag zwar Wärmedehnungen und Relativbewegungen zwischen
den angeschlossenen Bauteilen aufzunehmen, die Längen-
und Kraftkompensation muß aber im Innenrohr selbst durch
Verformung erfolgen.
Durch die DE 33 26 260 C2 gehört eine Abgasleitung zum
Stand der Technik mit einer axial nachgiebigen Innenlei
tung und einer ihr gegenüber isolierten axial steifen
Außenleitung. Die axiale Nachgiebigkeit der Innenleitung
ist durch zumindest abschnittsweise angeordnete Dehnwel
len herbeigeführt. Die Innenleitung stützt sich an der
Außenleitung axial ab, wobei die axiale Abstützung in der
Weise erfolgt, dass beide Leitungen formschlüssig mitein
ander in Eingriff stehen. Eine relative Verlagerbarkeit
des Innenrohrs im Außenrohr ist nicht gegeben.
Grundsätzlich gehört auch die hydroformtechnische Her
stellung von doppelwandigen Rohrkrümmern zum Stand der
Technik. Ein Verfahren und eine Vorrichtung hierzu sind
in der EP 0 627 272 A2 beschrieben.
Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die
Aufgabe zugrunde, eine in ihrer Funktionalität verbes
serte Abgasleitung zu schaffen, die bei einfacher und
leicht bauender Ausbildung unempfindlich gegenüber be
triebstechnischen Spannungen ist.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in
den im Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen.
Danach ist der Dehnungsausgleicher durch hydraulische
balgartige Umformformung der Wandung des Außenrohrs ge
bildet. Dies geschieht mittels des hydraulischen Innen
hochdruckverfahrens. Das Außenrohr bildet damit ein ein
stückiges Formteil mit einem integrierten Dehnungsaus
gleicher ohne zusätzliche Schweißverbindungen für die
Festlegung des Dehnungsausgleichers. Je nach betriebs
technischen bzw. konstruktiven Erfordernissen können auch
mehrere Dehnungsausgleicher vorgesehen sein.
Durch die balgartige Ausbildung des Dehnungsausgleichers
in Form von umlaufenden Ausgleichswellen oder -sicken
werden die thermisch oder durch Wechsellastanregung be
dingten Längenänderungen im Außenrohr elastisch aufgenom
men. Äußere Kräfte infolge von Schwingungen werden kom
pensiert. Längenänderungen des Innenrohrs werden durch
eine Schiebesitzanordnug in bekannter Weise ausgeglichen.
Die Anzahl der einzelnen Ausgleichssicken in einem Deh
nungsausgleicher wird auf den jeweiligen Einsatzfall ab
gestimmt. In einer Abgasleitung können daher auch mehrere
Dehnungsausgleicher vorhanden sein, die über eine unter
schiedliche Anzahl von Ausgleichssicken verfügen. Auch
kann die Höhe bzw. der Durchmesser der einzelnen Aus
gleichssicken in einem Dehnungsausgleicher oder von Deh
nungsausgleicher zu Dehnungsausgleicher unterschiedlich
sein. Die Konfiguration und die Positionierung der Deh
nungsausgleicher wird so vorgenommen, daß eine Reduzie
rung der Bauteilspannungen erreicht wird.
Die hydraulische Innenhochdruckumformung ermöglicht eine
kostengünstige wirtschaftliche Herstellung der Abgaslei
tung, insbesondere unter dem Aspekt, daß es sich bei den
Abgasleitungen um Massenartikel handelt, die in Serie ge
fertigt werden. Auch ermöglicht die hydraulische Umfor
mung eine hohe Maßgenauigkeit bei kleinsten Fertigungs
toleranzen.
Weiterhin zeichnet sich die erfindungsgemäße Abgasleitung
durch ihre hohe Eigensteifigkeit aus, wobei ihr Gewicht
durch den Wegfall von separaten Dehnungsausgleichern re
duziert ist.
In einer Abgasleitung können ein oder mehrere Dehnungs
ausgleicher vorgesehen sein. Grundsätzlich ist es mög
lich, zunächst die Dehnungsausgleicher im Außenrohr her
zustellen, anschließend das Innenrohr in das Außenrohr
einzubringen und zu fixieren. Hieran kann sich ein Biege
vorgang anschließen, um die so geschaffene Abgasleitung
bedarfsgerecht umzuformen. Zweckmäßig wird jedoch die Um
formung der Wandung des Außenrohrs vorgenommen, nachdem
das Innenrohr eingepaßt worden und ggf. der Biegevorgang
durchgeführt worden ist.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungs
gemäßen Grundgedankens ist in den Merkmalen des Anspruchs
2 zu sehen. Danach wird der isolierende ringförmige Luft
spalt durch hydraulische Aufweitung des Außenrohrs gebil
det. Üblicherweise geschieht dies dadurch, daß zunächst
ein gerades Innenrohr und ein gerades Außenrohr ineinan
der geschoben sowie an ihren Endbereichen miteinander
verbunden werden. Sie werden dann gemeinsam gebogen, wo
bei im Innenrohr ein Biegedorn geführt wird.
Der so entstandene Rohrkrümmer wird nach dem Biegen in
eine der Sollkontur des Außenrohrs entsprechende Kali
brierform eingebracht und die Enden des Außenrohrs druck
dicht verschlossen. Anschließend wird in den zwischen dem
Innenrohr und dem Außenrohr gebildeten Zwischenraum sowie
in das Innenrohr ein hydraulisches Druckmedium mit so ho
hem Druck gepreßt, daß sich das Außenrohr an die Wandung
der Kalibrierform anlegt und die gewünschte Kontur des
Außenrohrs entsteht. Da der Druck im Zwischenraum zwi
schen dem Innen- und dem Außenrohr und im Inneren des In
nenrohrs gleich groß ist, bleibt die vorgegebene Form des
Innenrohrs unbeeinflußt.
Hierbei ist es grundsätzlich möglich, die balgartige Um
formung der Wandung des Außenrohrs und die Aufweitung des
Außenrohrs in einem Umformvorgang hydraulisch vorzuneh
men. Selbstverständlich können die Vorgänge auch unabhän
gig voneinander in unterschiedlichen Werkzeugen durchge
führt werden.
Durch die Merkmale des Anspruchs 3 ergibt sich eine hohe
Standfestigkeit der Abgasleitung, da die Dehnungsausglei
cher jeweils in einem Bereich positioniert werden, wo ge
währleistet ist, daß die betriebstechnisch auftretenden
Spannungen reduziert werden. Die Positionierung wird auf
die jeweilige Ausführung der Abgasleitung bauteilgerecht
abgestimmt. Die im Betrieb auftretenden Wärmedehnungen
und Kräfte aus Lastwechselanregungen werden damit effek
tiv kompensiert.
Die erfindungsgemäße Abgasleitung zeichnet sich durch
höchste mechanische Belastbarkeit bei großer geometri
scher Gestaltungsfreiheit aus. Von Vorteil ist weiterhin,
daß nicht nur Gewicht bei den Dehnungsausgleichern selbst
eingespart, sondern auch eine Reduzierung der Wanddicke
des Außenrohrs möglich ist. Damit verbinden sich zusätz
liche Gewichtseinsparungen. Auch können kostengünstigere
Materialien als bisher zum Einsatz gelangen.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeich
nung dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.
In der Figur ist in perspektivischer Darstellungsweise
ein Ausschnitt aus einem doppelwandigen Rohrkrümmer 1
dargestellt. Dabei ist ein Innenrohr 2 in einem Außenrohr
3 unter Ausbildung eines ringförmigen Luftspalts 4 ange
ordnet. Durch die Einschnürungen 5, 6 in den Endbereichen
7 und 8 des Rohrkrümmers 1 ist das Innenrohr 2 in seiner
radialen Lage im Außenrohr 3 fixiert.
Um die infolge des Temperatureinflusses des durch den
Rohrkrümmer 1 geführten Abgases auftretende Wärmeausdeh
nung im Außenrohr 3 zu kompensieren, sind im Außenrohr 3
Dehnungsausgleicher 9, 10 angeordnet. Die Dehnungsaus
gleicher 9, 10 sind durch hydraulische balgartige Umfor
mung der Wandung 11 des Außenrohrs 3 gebildet. Hierdurch
sind in der Wandung 11 Ausgleichswellen 12 geschaffen,
welche die thermisch bedingten Längenänderungen elastisch
aufnehmen. Die Ausgleichswellen 12 sind in den Bereichen
13, 14 vorgesehen, in denen im Betrieb mit der größten
Wärmespannung zu rechnen ist bzw. wo ihr Einsatz den
effektivsten Spannungsausgleich erzielt.
Claims (3)
1. Abgasleitung mit einem in einem Kraft aufnehmenden Außenrohr (3) un
ter Ausbildung eines ringförmigen Luftspalts (4) mit Schiebesitz relativ
verlagerbaren Innenrohr (2), wobei dem Außenrohr (3) ein Dehnungs
ausgleicher (9, 10) zugeordnet ist, welcher durch hydraulische balgartige
Umformung der Wandung (11) des Außenrohrs (3) gebildet ist.
2. Abgasleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der Luftspalt (4) durch hydraulische Aufweitung des Außenrohrs (3)
gebildet ist.
3. Abgasleitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, dass jeder Dehnungsausgleicher (9, 10) in einem Bauteil
spannungen reduzierenden Bereich (13, 14) vorgesehen ist.
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