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Verfahren zur Herstelllng einer Rohrverbindung und Anwendung der Rohrverbindung
bei einem Abgassystem Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbindung zweier
im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweisender und unter einem spitzen Winkel
zu einem Sammelrohr von ebenfalls im wesentlichen kreisfördigem Querschnitt zusammenlaufend
er Einzelrohre unter Ausbildung einer sich bis zum Ende der zwei Einzelrohre erstreckenden,
eine düsenartige Verengung in beiden Einzelrohren festlegenden Trennwand. Ferner
ist die ErSindung auf die Anwendung der erhaltenen Rohrverbindung bei einem Abgassystem
gerichtet.
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Auf verschiedenen Gebieten der Technik besteht das Problem, zwei in
Rohrleitungen geführte Fluidströmungen in eine gemeinsame Leitung zu überführen,
wobei Je nach den Anwendungsfällen
gegebenenfalls eine Erhöhung
des Strömungswiderstandes möglichst vermieden/oder eine intensive Vermischung der
beiden Fluide erreicht werden soll.
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In den Fällen, bei denen eine Erhöhung des Strömungswiderstandes beim
Zusammenführen zweier Rohrleitungen in eine Eammelleitung möglichst vermieden werden
soll, werden die beiden Einzelrohrleitungen in bekannter Weise unter einem spitzen
Winkel zus ammengeführt, wobei die freien Enden der Einzelrohre entsprechend dem
Durchdringungsbereich passend angeschrägt und unter Zwischenfügung einer im allgemeinen
ebenen Trennwand miteinander verbunden, bzw. zusammengeschweißt werden. Die Trennwand
stellt dabei ein separates Bauteil dar und muß in ihrer Form der bei der Anschrägung
der Rohre entstehenden Schnittebene angepaßt sein.
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Die Herstellung einer derartigen Rohrverbindung bereitet zwar technisch
keine Schwierigkeiten, ist jedoch relativ aufwendig, da die Anschrägungen sorgfältig
ausgeführt und beim Schweißen saubere Nähte beiderseits der aus Stabilitätsgründen
im allgemeinen etwas vorstehenden Trennwand gelegt werden müssen.
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Außerdem Nachteil der etwas umständlichen Herstellung weist eine derartige
Rohrverbindung in bestimmten Anwendungsfällen noch einen weiteren entscheidenden
Nachteil auf, wenn durch die Rohrleitungen heiße Medien, insbesondere heiße Gase
geleitet werden. In diesem Falle treten nämlich vor allem im Bereich der Durchdringung
der beiden Einzelrohre aufgrund der vorhandenen Querschnittsverengung besonders
hohe Tempen*uren auf, die in den Rohren und vor allem in der Trennwand zu unterschiedlichen
Materialdehnungen führen, welche ein Reißen der Schweißnähte bewirken können.
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#Ein derartiger Anwendungsfall liegt bei gasdynamisch wirksamen Aibgassystemen
mit Pulse-Converter vor. Bei einem solchen Abgassystem werden die beiden Einzelrohrleitnngen,
die in ein Mischrohr münden, wärmemäßig durch die heißen Abgase stark beansprucht,
so daß die Gefahr des Reißens der Schweißverbindungen relativ groß ist.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines besonders einfach und
wirtschaftlich durchzufuhrenden Verfahrens der eingangs angeführten Art zur Herstellung
einer mechanisch äußerst stabilen und auch starker Wärmebelastung standhaltenden
Rohrverbindung, bei der zwei Rohre unter gegenseitiger Durchdringung zu einem einzigen
Rohr zusammengeführt sind.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in eines
der beiden Einzelrohre vom Beginn des Durchdringungsbereiches bis zum Rohrende wenigstens
eine in Richtung des Rohrendes tiefer werdende Einbuchtung gedrückt und das andere
Einzelrohr über die axiale Länge des Durchdringungsbereichs derart angeschrägt wird,
daß sich die Enden der beiden Einzelrohre im wesentlichen zu einem Kreisquerschnitt
ergänzen, und daß die zwei Einzelrohre an ihrer Berührgslinie durch eine durchgehende
Schweißnaht verbunden werden.
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Durch die Ausnutzung der Einbuchtung als Trennwand entfallen die gesonderte
hnfertigung einer derartigen Trennwand, aer im Vergleich zur Vornahme der Einbuchtung
länger dauernde Vorgang der Sbschrägung eines der Einzelrohre und aiißer~de# die
eine der im Falle der Verwendung einer gesonderten g e mwnd beiderseits dieser Trennwand
vorzusehenden SchweIßnähte, da die Verbindung der beiden Einzelrohre durch eine
einzige Schweißnaht sichergestellt werden kann. Bin weiterer ganz wesentlicher Vorteil
ergibt sich ferner dadurch, daß die
durch die Einbuchtung erhaltene
Trennwand elastisch ist und Wärmedehnungen weitgehend selbst ausgleichen kann, so
daß die Verbindungschweißnaht zwischen den beiden Einzelrohren auf grund von Wärmedehnungen
wesentlich geringer als bei bekannten Anordnungen beansprucht wird.
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Vorzugsweise wird die Tiefe der Einbu chtung so gewählt, daß zusammengeführten
der Öffnungsquerschnitt der beiden/einzelrohre bis zur Stelle des Uebergangs in
das Sammelrohr im wesentlichen gleich ist.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens, bei der die beiden Einzelrohre in ein Rohr von größerem Querschnitt
übergehen sollen, werden die Einzelrohre vor dem Zusammenschweißen aufgeweitet.
Das Eindrücken und Aufweiten des einen Rohres kann dabei in einem Arbeitsgang erfolgen.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Rohrverbindung ist vor allem
für ein Abgassystem, insbesondere ein Abgasentgiftungssystem mit Pulse-Converter
geeignet, da bei einem derartigen System besonders hohe Anforderungen hinsichtlich
der mechanischen Festigkeit und auch hinsichtlich einer wirtschaftlichen Fertigung
gestellt werden.
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Vorzugsweise sind bei einer derartigen Rohrverbindung die Durchmesser
der beiden Einzelrohre kleiner als der Durchmesser eines passend angesetzten Mischrohres.
Die Einbuchtung weist vorteilhafterweise die Form einer im Querschnitt halbkreisförmigen
Rinne mit symmetrisch nach außen gebogenen Wänden auf. Der in das Rohrinnere vorstehende
Teil der Einbuchtung wird durch die heißen Abgase besonders stark erhitzt und kann
durch bei einem Abgasentgiftungssystein als heißer Punkts wirken, der zu einer Beschleunigung
der Reaktion der Abgase mit zugeführter Luft, und insbesondere
zu
einem schnelleren Beginn dieser Reaktion beiträgt. Gegebenenfalls können am freien
Ende der die Trennwand bildenden Einbuchtung auch aus dem Material der Trennwand
herausgebogene laschenförmige Vorsprünge oder noppenförmige Erhebungen vorgesehen
werden, wenn es in bestimmten Anwendungsfällen erwiinscht ist, daß sich besonders
schnell erhitzende kleine Bereiche vorhanden sind.
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Falls die Einbuchtung als Rinne ausgebildet ist, beträgt die Breite
der Rinne vorzugsweise ein Drittel des Durchmessers des anschließenden Mischrohres.
Gemäß weiterer vorteilhafter Ausführungsformen der erfindungsg emäßen Rohrverbindung
kann der Querschnitt der Trennwand im Bereich des freien Endes wellenförmig, mäanderförmig
oder zick-saak-förmig sein.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme
auf die Zeichnung erläutert; in dieser zeigte Fig. 1 eine perspektivische Darstellung
einer Ausführungsform einer nach dem erfindungagemäSen Verfahren hergestellten Rohrverbindung,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer weiteren möglichen Ausführungsform,
Fig. 3 eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die beiden Einzelrohre im Bereich
ihrer Zusammenflilir# gekrUmmt sind, und Fig. 4 eine Schnittansicht entsprechend
der Linie A-A in Fig*3.
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Fig. 1 zeigt eine Rohrverbindung, wie sie beispielsweise bei einem
Abgassystem mit Pulse-Converter benötigt wird. Diese Rohrverbindung besteht aus
zwei Einzelrohren 1,2, die in spitzem Winkel ineinanderlaufen und in ein Sammelrohr
6 münden, das im Falle eines Abgassystems als Mischrohr bezeichnet wird.
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Die Durchmesser dR1 dR2 der beiden Einzelrohre 1, 2 sind kleiner als
der Durchmesser DM des Sommelrohres 6.
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Bei der Herstellung der dargestellten Rohrverbindung werden zuerst
die beiden Einzelrohre vorbereitet, d.h. das Einzelrohr 1 wird mittels eines geeigneten
Formwerkzeuges mit der Einbuchtung 4 versehen, und das Einzelrohr 2 wird entsprechend
dem Durchdringungsbereich passend angeschrägt. Durch 2atweitung können die Enden
der beiden Rohre an den Durchmesser des sich anschließenden Sammelrohres angepaßt
werden, Die beiden Einzelrohre werden dann durch eine einzige ßchweißnaht 5 miteinander
verbunden, worauf das Sammelrohr 6 angeschweißt werden kann.
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Die Äusführuiigsform nach Fig. 2 unterscheidet sich von der in Fig.
1 dargestellten iusführungsform dadurch, daß anstelle einer einzigen Einbuchtung
zwei nebeneinander angeordnete Einbuchtungen 7, 8 vorgesehen sind. Die Herstellung
dieser Rohrverbindung erfolgt in entsprechender Weise, wobei lediglich bei der Verformung
des Einzelrohres 1 ein anderes Formwerkzeug verwendet wird.
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Die Fig. 3 und 4 lassen erkennen, daß dan erfindungsgomäße Verfahren
zur Herstellung einer Rohrverbindung auch dann verwendet werden kann, wenn die beiden
zusammenzuführenden Einzelrohre im Bereich ihrer Zusammenführun#, bzw. im Durchdringungsbereich,
dessen Beginn mit der Bezugsziffer 3 gekennzeichnet ist, gekrümmt sind. Die Herstellung
einer Rohrverbindung nach den Fig. 3 und 4 kann aufgrund gegebener aumverhältnisse
erforderlich sein, wie dies z.B. häufig bei Abgasleitungen von Kraftfahrzeugen der
Fall ist.
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Es ist offensichtlich, daß der durch die Verformung eines Einzelrohres
erhaltenen Trennwand sehr unterschiedliche Formen in dbhängigkeit von dem jeweils
verwendeten Formwerkzeug gegeben werden können. Bei wärmemäßig stark beanspruchten
Rohrverbindungen ist es jedoch wesentlich, daß die Formgebung der Trennwand derart
ist, daß diese Wärmedehnungen selbst aufnehmen kann und dadurch besonders hohe Beanspruchungen
der Schweißnähte vermieden werden.