DE19749447C2

DE19749447C2 - Umgeformtes Doppelwandrohr aus Metall sowie Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE19749447C2
Application number: DE1997149447
Authority: DE
Inventors: Hans Fischer
Original assignee: Fischer Rohrtechnik GmbH
Current assignee: Fischer Rohrtechnik GmbH
Priority date: 1997-11-10
Filing date: 1997-11-10
Publication date: 2000-02-17
Anticipated expiration: 2017-11-11
Also published as: DE19749447A1

Description

Die Erfindung betrifft ein umgeformtes Doppelwandrohr aus Metall, bestehend aus einem Außenrohr und einem Innenrohr, wobei zwischen der Innenwandung des Außenrohres und der Außenwandung des Innenrohres ein Spalt angeordnet ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Doppelwandrohres.

Derartige Doppelwandrohre finden als Auspuffrohre sowie als Rohre in Katalysatoranlagen von Verbrennungskraftmaschinen Verwendung. Da bei ihrem Einsatz das Innenrohr von heißen Verbrennungsgasen beaufschlagt ist, wird von diesen Doppelwandrohren eine hohe Wärme- und Schalldämmung gefordert. Dieser Forderung steht in aller Regel die Verformbarkeit des Doppelwandrohres entgegen, weil sich während des Verformungsvorganges Kontaktflächen zwischen der Innenwandung des Außenrohres und der Außenwandung des Innenrohres ergeben können.

Ein bekanntes verformtes Doppelwandrohr dieser Art gemäß der DE 40 39 735 A1 weist in dem Spalt hochfeste, asbestfreie Dämmlagen oder ein metallisches Gitter oder einen schüttfähigen Isolationsstoff auf, um das Doppelwandrohr in einem weiten Bereich biegefähig zu erhalten, da die eingepreßte Dämmlage mit verformt werden kann. Da derartige feste Dämmstoffe stets gegenüber einem Ringspalt zwischen dem Innen- und dem Außenrohr sowohl die Wärmeleitfähigkeit als auch die Schallübertragung im Zwischenraum heraufsetzen, hat man bei einem durch offenkundige Vorbenutzung bekannt gewordenen Doppelwandrohr den Zwischenraum zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr zunächst vor der Verformung mit einem Granulat gefüllt und dieses nach der Verformung zu entfernen versucht. Die Entfernung dieses Granulates gestaltet sich je nach der Kompliziertheit der Verformung schwierig, zeitaufwendig und entsprechend kostenträchtig.

Ein weiteres bekanntes Doppelwandrohr der eingangs genannten Art ist in der DE 29 15 838 A1 offenbart und besteht aus einem mit Längsprofilen versehenen und einem glatten Rohr, wobei das profilierte Rohr das Innen- oder Außenrohr bildet. Dadurch entstehen zwischen der Außenwandung des Innenrohres und der Innenwandung des Außenrohres eine Vielzahl von Spalten, jedoch eine ebenso große Anzahl von Stegen, welche die Schalldämmung herabsetzen und die Wärmeleitfähigkeit vergrößern. Dadurch wird dieses Doppelwandrohr für den erstrebten Verwendungszweck untauglich.

Dies hat offenkundig auch der Erfinder der EP 0 047 525 B1 erkannt und in dem Zwischenraum zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr entweder eine Lage aus verbrennbarem Material oder eine Lage aus wärmewiderstandsfähigem Material oder einer Mischung aus verbrennbarem Material und widerstandsfähigem Material vorgeschlagen. Dabei sollte das verbrennbare Material aus synthetischen Dammharzen, behandeltem Papier oder Papierbrei und die wärmewiderstandsfähigen Materialien aus Glas oder Asbest bestehen. Letzteres ist aus gesundheitlichen Gründen nicht mehr zulässig, weil es bei einer Beschädigung des Außenrohres in die Atmosphäre gelangen kann.

Zur Herstellung eines solchen Rohres ist in dieser Vorveröffentlichung ein Verfahren offenbart, bei welchem von zwei Coils je ein Blech für das Innenrohr und ein weiteres für das Außenrohr mit einer dazwischen befindlichen Lage aus den vorbeschriebenen Stoffen gleichfalls von einem Coil gemeinsam in eine Profilierungsanlage einlaufen und dort jedes Rohr getrennt für sich an seinen Längsnähten durch eine Hochfrequenzschweißung verschweißt werden. Um dabei den energielosen Strom infolge von Ferriten oder ähnlichem herabzusetzen, ist im Innenraum des Innenrohres ein Scheinwiderstand angeordnet. Das Ergebnis ist ein Rohr mit einem Spalt, der in der Innenwandung des Außenrohres und der Außenwand des Innenrohres mit unterschiedlicher Dicke verläuft. Bei einer Verformung dieses Doppelwandrohres können sich in der Innenwandung des Außenrohres und der Außenwandung des Innenrohres Kontaktbereiche ergeben, welche die Schalldämmung herabsetzen und die Wärmeleitfähigkeit erhöhen.

Von diesem Stand der Technik ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein umgeformtes Doppelwandrohr der eingangs genannten Art zu schaffen, das sich bei preiswerter Herstellung durch eine hohe Wärme- und Schalldämmung auszeichnet.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem eingangs genannten Gattungsbegriff erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Außenrohr mit dem Innenrohr durch eine gemeinsame, beide Rohre längsseitig verschließende Schweißnaht verbunden ist und sich zu beiden Seiten dieser Schweißnaht ein kontinuierlicher, sichelförmiger Ringspalt erstreckt, der entweder teilevakuiert mit Luft oder einem Gasgemisch gefüllt ist. Durch diesen kontinuierlichen, sichelförmigen Ringspalt in Verbindung mit der Luft- bzw. Gasfüllung oder der Teilevakuierung wird gegenüber anderen bekannten Doppelwandrohren dieser Gattung die Wärmeleitfähigkeit um ein Vielfaches herabgesetzt, weil Luft- und Gasgemische gegenüber sämtlichen festen Stoffen bei gleicher Temperatur die geringste Wärmeleitfähigkeit aufweisen.

Ferner wird durch diesen Ringspalt die Schallintensität der das Innenrohr durchströmenden Gase herabgesetzt, sei es durch Schallabsorption, Reflexion oder Interferenz. Beide Rohre sind nur noch durch die schmale Schweißnaht miteinander verbunden, durch welche allein eine Wärme- und Schallübertragung vom Innenrohr auf das Außenrohr stattfinden kann. Da dieser Übertragungsbereich jedoch derartig schmal ist, macht er sich in nicht mehr feststellbarer Weise bemerkbar.

Aus den Fig. 10 und 11 der EP 0 047 525 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines verformbaren Doppelwandrohres mit Ringspalt bekannt, bei dem zwei übereinanderliegende, metallische Bleche, vorzugsweise aus Edelstahl, in einer Profiliereinrichtung gemeinsam zu einem Doppelwandrohr mit einem Außenrohr und einem Innenrohr verformt werden.

Ausgehend von diesem bekannten Verfahren, wird das der Erfindung zugrundeliegende Problem dadurch gelöst, daß die Rohre mit einer gemeinsamen Schweißnaht verschlossen, verbunden sowie anschließend umgeformt werden und sodann die beiden Enden des umgeformten Doppelwandrohres am Außenrohr verschlossen, das Innenrohr allseitig, hingegen das Außenrohr nur an seiner Innenseite von einer Druckflüssigkeit mit einem Druck bis zu 6000 bar beaufschlagt werden und das Außenrohr zur Bildung eines Ringspaltes aufgeweitet wird.

Die Schweißnaht kann entweder mittels einer Laser- oder einer Wolfram-Inertgasschweißung oder mittels einer Hochfrequenzschweißung erstellt werden.

Durch dieses Verfahren wird sichergestellt, daß nach einer konventionellen Verformung zweier Bleche zu einem Doppelwandrohr außer der gemeinsamen Schweißnaht keine kontaktierenden Bereiche zwischen der Innenwandung des Außenrohres und der Außenwandung des Innenrohres vorhanden sind. Der Ringspalt, ob mit Luft oder einem Gasgemisch gefüllt oder teilevakuiert, gewährleistet eine entsprechend niedrige Wärmeleitfähigkeit bei hoher Schalldämmung. Die gleichzeitige Verformung und Verschweißung des Innenrohres mit dem Außenrohr gestattet nicht nur eine preiswerte Herstellung beider Rohre, sondern auch ein homogenes Gefüge der einzigen Schweißnaht beider Rohre, so daß sich bei der anschließenden Umformung keine Ungleichmäßigkeiten ergeben können.

Hochdruckumform-Verfahren mit Druckflüssigkeiten sind beispielsweise für Abgaskrümmer und Katalysatoren aus der DE 44 37 395 A1, der DE 195 11 970 A1 und aus der DE 195 13 559 C2 bekannt, jedoch stets mit konzentrisch ineinandersteckenden Rohren mit einem Ringspalt gleicher Dicke.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Doppelwandrohr geschaffen, das einen über seine gesamte Länge gleichmäßigen, kontinuierlichen, im Querschnitt sichelförmigen Ringspalt aufweist, der entweder mit Luft oder einem definierten Gasgemisch gefüllt oder teilevakuiert ist. Dabei ist eine "Teilevakuierung" dahingehend zu verstehen, daß der Ringspalt nur so weit von Luft abgesaugt wird, wie es eine wirtschaftlich arbeitende Vakuumpumpe gemäß ihren spezifischen Spaltverlusten zuläßt. Eine Vollevakuierung wäre zwar das Optimum, ist jedoch allenfalls mit einem erheblichen Aufwand in einem Labor, nicht jedoch in der Praxis erreichbar, da eine Entfernung auch des letzten Luftmoleküls aus einem Raum mit den herkömmlichen Vakuumpumpen nicht möglich ist.

Die vorbeschriebene Ausführung des Doppelwandrohres kann auch mit mindestens einem Dom (herausgewölbter Aufsatz) versehen werden. Die Herstellung eines solchen Domes durch Umformung ist beispielsweise aus "Werkstatt und Betrieb" 123 (1990), S. 241 bis 243, bekannt. Diese Ausführungsform dient zur Herstellung von Verzweigungen, wie sie beispielsweise für Abgaskrümmer bei Verbrennungskraftmaschinen Anwendung finden können. Zu diesem Zweck werden die mit ihrem Innenrohr und ihrem Außenrohr durch Aufkalibrierung preß aufeinandersitzenden Rohre mit herkömmlichen Werkzeugen mit einem herausgedrückten Dom versehen, bevor nach den gleichen vorbeschriebenen Verfahren sowohl der Dom als auch der übrige Teil des Doppelwandrohres durch Aufweitung des Außenrohres mit einem Ringspalt versehen werden.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Dabei zeigen

Fig. 1 die Draufsicht auf zwei übereinanderliegende Bleche zur Bildung eines Doppelwandrohres unmittelbar vor und während ihres Einlaufes in eine Profiliereinrichtung,

Fig. 2 den Längsschnitt des Doppelwandrohres gemäß der Linie II-II von Fig. 3, wobei die Längskanten beider Rohre durch eine gemeinsame Schweißnaht verschlossen und verbunden sind,

Fig. 3 die Schnittansicht des Doppelwandrohres in Richtung der Linie III-III von Fig. 2 bei nach oben gekehrter Schweißnaht,

Fig. 4 die Ausschnittvergrößerung IV von Fig. 2,

Fig. 5 die Ausschnittvergrößerung V von Fig. 3, Fig. 6 den Längsschnitt des Doppelwandrohres von Fig. 2 nach seiner Verformung entlang der Linie VI-VI von Fig. 7,

Fig. 7 die Schnittansicht in Richtung der Linie VII-VII von Fig. 6,

Fig. 8 das Doppelwandrohr von Fig. 6 mit einer das Außenrohr verschließenden Einrichtung zur Beaufschlagung der Innenseite des Außenrohres mit Druckflüssigkeit vor dessen Aufweitung,

Fig. 9 die Schnittansicht des Doppelwandrohres entlang der Linie IX-IX von Fig. 10 nach dem Aufweiten des Außenrohres,

Fig. 10 die Schnittansicht des Doppelwandrohres in Richtung der Schnittlinie X-X von Fig. 9 mit nach oben gedrehter Schweißnaht,

Fig. 11 die Ausschnittvergrößerung XI von Fig. 9,

Fig. 12 die Ausschnittvergrößerung XII von Fig. 9,

Fig. 13 den Längsschnitt durch ein Doppelwandrohr mit Dom mit einem sichelförmigen Ringspalt des Rohres ähnlich den Fig. 9 und 10,

Fig. 14 die Querschnittsansicht entlang der Linie XIV-XIV von Fig. 13,

Fig. 15 die Ausschnittvergrößerung XV von Fig. 14 und

Fig. 16 die Querschnittsansicht entlang der Linie X- XVI-XVI durch den Dom von Fig. 13.

Zur Herstellung des Doppelwandrohres 1 gemäß den Fig. 1 bis 12 laufen gemäß Fig. 1 zwei vorzugsweise aus Edelstahl bestehende Bleche 2, 3 übereinanderliegend in eine nicht dargestellte Profiliereinrichtung ein, in welcher sie zu einem Rohrkörper 4 verformt werden. Dabei hat das Blech 3 eine kleinere Breite b als das darunterliegende, größere Blech 2 mit der Breite B. Die Breiten b, B sind so abgestimmt, daß sich ein Rohrkörper 4 ergibt, bei welchem die Außenfläche 5 des Innenrohres 6 mit der Innenfläche 8 des Außenrohres 7 möglichst eng und damit reibschlüssig aufeinandersitzen. Hiernach werden die gegenüberliegenden Längskanten 9, 10 des Innenrohres 6 sowie die gegenüberliegenden Längskanten 11, 12 des Außenrohres 7 am Schweißpunkt S durch eine gemeinsame Schweißnaht 13, sei es durch Laser-, Hochfrequenz- oder Wolfram-Inertgas-Schweißung verschlossen und gleichzeitig miteinander verbunden, woraus das Doppelwandrohr 1 resultiert. Diese Schweißverbindung ist deutlich in der Ausschnittvergrößerung der Fig. 5 zu erkennen.

Danach wird das Doppelwandrohr 1 gemäß den Fig. 6 und 7 umgeformt. Im vorliegenden Fall ist aus dem ursprünglich geraden Doppelwandrohr 1 der Fig. 2 ein 90°-Krümmer gemäß Fig. 6 gebogen worden. Dieser ist jedoch nur beispielhaft zu verstehen, weil die Herstellung von Doppelwandrohren zum Einsatz in Rohrleitungssystemen oftmals wesentlich kompliziertere oder teilweise auch räumliche Umformungen des Doppelwandrohres erfordert.

Nach der - nur beispielhaft zu verstehenden - Umformung des Doppelwandrohres gemäß Fig. 6 soll nunmehr zwischen der Innenwandung 8 des Außenrohres 7 und der Außenwandung 5 des Innenrohres 6 ein Ringspalt 14 eingebracht werden, um die Wärme- und Schalldämmeigenschaften dieses Doppelwandrohres 1 zu erhöhen. Zu diesem Zweck werden die beiden Stirnenden 15, 16 des Außenrohres 7 von Dichtungen 17, 18 einer hier nicht weiter interessierenden Innenhochdruck- Umformeinrichtung verschlossen. Das Innenrohr 6 wird dabei allseitig von der Druckflüssigkeit, hingegen das Außenrohr 7 nur auf seiner Innenfläche 8 von der Druckflüssigkeit beaufschlagt. Da das Innenrohr 6 somit von allen Seiten dem gleichen Druck ausgesetzt ist, erfolgt bei ihm keine Umformung. Das Außenrohr 7 hingegen wird durch einen entsprechenden Innendruck bis zu 6000 bar von der Druckflüssigkeit aufgeweitet. Dadurch entsteht der Ringspalt 14 gemäß den Fig. 9, 10 und 12. Dieser Ringspalt 14 erstreckt sich sichelförmig zu beiden Seiten der Schweißnaht 13, welche nach wie vor das Innenrohr 6 mit dem Außenrohr 7 verbindet. Dieser Ringspalt 14 kann entweder vollständig mit Luft gefüllt oder teilevakuiert sein, wodurch die Wärmeleitfähigkeit herabgesetzt und die Schalldämmung heraufgesetzt wird.

Das Doppelwandrohr 1 der Fig. 13 unterscheidet sich von dem bisher beschriebenen Doppelwandrohr der Fig. 1 bis 12 durch mindestens einen Dom 1a, der gleichfalls als Doppelwandrohr ausgebildet ist. Derartige Doppelwandrohre 1 werden beispielsweise in der Kraftfahrzeugindustrie für Abgaskrümmer von Verbrennungskraftmaschinen benötigt und aus Edelstahl hergestellt. Diese Doppelwandrohre 1 müssen gleichfalls sowohl eine hohe Wärmedämmung als auch eine große Schalldämmung aufweisen.

In den nachfolgend beschriebenen Fig. 13 bis 16 sind mit den vorherigen Figuren übereinstimmende Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

In den Fig. 13 bis 16 besteht das Doppelwandrohr 1 aus einem Doppelwandrohr, welches gemäß Fig. 1 gefertigt und gemäß dem Ausführungsbeipiel der Fig. 2 bis 9 zu beiden Seiten der gemeinsamen Längsschweißnaht 13 des Innenrohres 6 und des Außenrohres 7 einen im Querschnitt sichelförmigen Ringspalt 14 aufweist. Auch dieses Doppelwandrohr 1, welches in Fig. 13 in bereits aufgeweitetem Zustand dargestellt ist, beinhaltet einen Dom 1a, der jedoch im Gegensatz zum übrigen Körper des Doppelwandrohres 1 einen Ringspalt 14 konstanter Dicke d zwischen der Innenfläche 8 des Außenrohres 7 und der Außenfläche 5 des Innenrohres 6 aufweist (s. Fig. 16).

Bei dieser Ausführungsform des Doppelwandrohres 1 mit Dom 1a ist der Ringspalt 14 in den Kehlen 21, 22 gegenüber den Abmessungen des Ringspaltes 14 in der daran angrenzenden Umgebung erweitert. Ansonsten sind mit dem Ausführungsbeispiel der Fig. 9 und 10 übereinstimmende Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

Bezugszeichenliste

1

Doppelwandrohr

1

aDom

2

,

3

Bleche

4

Rohrkörper

5

Außenfläche des Innenrohres

6

Innenrohr

7

Außenrohr

8

Innenfläche des Außenrohres

7

9

,

10

Längskanten des Innenrohres

6

11

,

12

Längskanten des Außenrohres

7

13

Schweißnaht

14

Ringspalt

15

,

16

Enden des Außenrohres

7

17

,

18

Dichtungen

21

,

22

Kehlen
b, BBreiten
dDicke
SSchweißpunkt

Claims

1. Umgeformtes Doppelwandrohr aus Metall, bestehend aus einem Außenrohr und einem Innenrohr, wobei zwischen der Innenwandung des Außenrohres und der Außenwandung des Innenrohres ein Ringspalt angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (7) mit dem Innenrohr (6) durch eine gemeinsame, beide Rohre (6, 7) längsseitig verschließende Schweißnaht (13) verbunden ist und sich zu beiden Seiten dieser Schweißnaht (13) ein kontinuierlicher, sichelförmiger Ringspalt (14) erstreckt, der entweder mit Luft oder einem Gasgemisch gefüllt oder teilevakuiert ist.

2. Umgeformtes Doppelwandrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es (1) mit einem doppelwandigen Dom (1a) mit Ringspalt (14) versehen ist.

3. Verfahren zur Herstellung eines umgeformten Doppelwandrohres mit Ringspalt, bei dem zwei übereinanderliegende, metallische Bleche in einer Profiliereinrichtung gemeinsam zu einem Doppelwandrohr mit einem Außenrohr und einem Innenrohr verformt werden, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise aus Edelstahl bestehenden Rohre (6, 7) nach ihrer Profilierung an ihren Längskanten (9, 10; 11, 12) mit einer gemeinsamen Schweißnaht (13) verschlossen, verbunden sowie anschließend umgeformt werden und sodann die beiden Enden (15, 16) des umgeformten Doppelwandrohres (1) am Außenrohr (7) verschlossen, das Innenrohr (6) allseitig, hingegen das Außenrohr (7) nur an seiner Innenseite (8) von einer Druckflüssigkeit mit einem Druck bis zu 6000 bar beaufschlagt werden und das Außenrohr (7) zur Bildung eines Ringspaltes (14) aufgeweitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem Bereich des Doppelwandrohres (1) zunächst mindestens ein Dom (1a) herausgeformt und dann durch Aufweitung des Außenrohres (7) der Ringspalt (14) im doppelwandigen Dom (1a) herausgedrückt wird.