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Aus Schichten aufgebaute Abgasleitung Die Erfindung bezieht sich
auf eine Abgasleitung ur eine Verbrennungskraftmaschine, die aus einem Schichtrohr
eng aufeinanderliegender Schichten besteht.
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Sus Schichten aufgebaute Leitungen sind vielfach in Verwendung, da
mit Ihnen bestimmte akustische Vorteile verbunden sind und damit ein relativ billiges
Material für Schalldämpfer für Brennkraftmaschinen zur Verügung steht.
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Da die Verwendung von Schichtrohren in der Automobilinustrie zugenommen
hat und die Temperaturen der Abgass angestielen sind, haben sich die Bälle, wo die
innere Schicht eines solchen Abgasrohres eingedrückt wurde, im beachtlichen Maße
erhöht. Bei der Überprüfung von derartigen
Bällen wurde festgestellt,
daß verschiedene Bedingungen ein solches Zusammenbrechen des Innenrohres verursachen
können bzw. mit verursachen können. So gehören z.B. auch die Verdampfung von Schmiermittoln,
die zwischen die mit einander verbundenen Schichten während irgendeines Arbeitsganges
gekommen sind, z.B. bei der Endfertigung, zu diesen Ursachen, aber auch die Klemmkräfte
an den Enden der Leitungen und die Schweißverbindungen können dazu beitragen.
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Dazu kommen noch ferner die TEmperaturunterschiede zwischen den einzelnen
Schichten, die sich einerseits durch die Tem-Seraturen der Abgase und andererseits
durch die äußeren Kühlungsbedingungen ergeben, die auch sehr oft einen Faktor zu
dem Einbrechen der inneren Schicht beitragen. Weitere Ursachen können auch in dem
Abstand der Krümmer des Rohres liegen, in flach zusammengedrückten Stellen der Leitungen,
in der Exzentrizität der Leitung zwischen den Fixpunkten, in einem erhöhten Spielraum
zwischen den Schichten und ähnlichen Dingen mehr.
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Bei der Überprüfung der Fällt wo die innere Schicht kaputt gegangen
ist, kam man zu der theoretischen Überlegung, daß Ab schnitte der inneren Schicht
einer übergroßen Druckbean-Spruchung ausgesetzt sind, die über die gestattete Knickbelastung
inausgeht. Dies wird wahrscheinlich durch die Temperaturdifferenzen, die zwischen
den zwei Schichten gegeben sirrd und durch die Klemmkräfte der Rohrknie verursacht,
wahrscheinlich auch durch die Belastungsbedingungen, denn die -den der Leitung ausgesetzt
sind. Normalerwise werden die Abschnitte der inneren Rchrschicht nicht einbrechen,
weil durch die Zugbeanspruchung der äußeren Schicht ein gewisser Stabilisierungseffekt
gegeben ist. Diese Stabilität wird jedoch sefort zerstört, wenn rundum sngreifende
Druckkräfte durch irgend ein @luid zur Wirkung kommen, welches zwischen die Schichten
geraten
ist und das dann aufgrund der Hitze der heißen abgase die in der Leitung fließen,
sich auszudehnen beginnt. Wenn dieses eingedrungene Fluid Luft ist, dann wird wahrscheinlich
das leinbrechen der inneren Schicht erst nach ziemlich langer Zeit erfolgen. Wenn
aber dieses eingedrungene FLuid O1 oder ein Kühlmittel ist, kann das Einbrechen
sehr rasch erfolgen, infolge des großen Expansionsvolumen, welches eine verdampfte
Flüssigkeit einnimmt. Der Druck des Gaseszwischen den beiden Schichten führt zu
einer Unstabilität, die ausreichend ist, um eine Umkehr der Krümmung der inneren
Schicht herbeizuführen, so daß hier ein unerwünschter Knickschaden entsteht. Es
werden also die Temperaturdifferenzen zu Beanspruchungen der inneren Schicht führen,
die groß genug sind, um den ganzen Aufbau unstabil zu gestalten und wenn dann dazu
noch die Expansion irgendeines eingedrungenen Fluids, z.B. Luft oder (51, hinzutritt,
werden die notwendigen Kräfte aufgebracht werden, um ein teilweises oder vollständiges
Einbrechen des erhitzten inneren Mantels herbeizuführen, wenn bei der Benutzung
des Fahrzeugs diese Bedingungen auftreten0 Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt,
ein mehrschichtimes Rohr zu schaffen, welches als Abgasleitung für Brennkraftmaschinen
verwendet werden kann, wobei während der Herstellung dieser Rohre ein solcher Aufbau
getroffen wird, daß ein Einbrechen des inneren Mantels unmöglich gemacht wird.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht nun nach dem Vorschlag der Erfindung
darin, daß in der Länge des Rohres eine Verbindungsnant vorhanden ist, wobei die
inneren und äußeren Schichten in engem Umfangskontakt sind und eine ringförmige
Verbindung zwischen den Schichten über der Länge des Rohres
vorhanden
ist und eine Seite der Schichten wahlweise perforiert ist und diese Öffnungen in
vorbestimmten Abstanden über die Länge des Rohres verteilt sind. Diese Uffrungen
können in einer oder in beiden Schichten vorgesehen werden, vorzugsweise in der
äußeren Schicht, wobei diese Öffnungen in vorbestimmten Abständen angebracht sind
und damit eine ringförmige Verbindung zwischen den beiden Schichten entweder zur
inneren oder zur äußeren Seite der Leitung bringen. Es ist dabei vorteilhaft die
Ausbildung so zu wählen, daß die innere Schicht etwa die zweifache Dicke der äußeren
Schicht besitzt. Vorteilhaft wird man die Öffnungen über die Länge des Rohres in
einem Abstand von etwa 25 bis 45 cm anordnen.
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Eine weitere erfindungsgemäße Bauform sieht vor, daß mindestens eine
der Schichten Öffnungen aufweist, die vorzugsweise Perforationen sind, die durch
die Dicke einer der Schichten hindurchgehen und auf einer genügend großen Fläche
vorgesehen sind uni einen Durchgang für das in de Verbindungsraum sich bildenden
Gas und den dabei entstehenden Druck zu schaffen, der durch die erhöhte Temperatur
des Rohres infolge des Durchgangs der erhitzten Gase auftreten.
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Die Bänder von Perforationen können in einer der Schichten vorgesehen
sein, wobei diese Bänder in einem Abstand von ezwa 30 cm angeordnet sind.
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Erfindungsgemäß kann man auch so ve ehen, daß wenigstens eine der
Schichten aus einen aufgerollten Streifen hergestellt ist, dessen Längekanten miteinander
verbunden sind, wobei in einer dieser Kanten Zahnungen eingearbeitet Sind.
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Diese Zahnungen können die l1'orm vor Ausbuchtungen aufweisen, die
in dem Streifen radial zur Rchrwand vorgesehen sind oder von Auskehlungen entlang
der Längskaiite des Streifens.
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Die Erfindung befaßt sich ferner mit einem Verfahren zum Herstellen
von Schichtenrohren für Abgasleitungen, wobei so vorgegangen wird, daß geformte
Öffnungen in vorbestimmten Längsabständen in einen für ein Rohr bestitnniten Streifen
eingearbeitet werden, worauf dieser Streifen mit einem zweiten Rohrstreifen zusammengebracht
wird und diese beiden Streifen gleichzeitig zu einem Rohr geschlossen werden, wobei
dann zwei Schichten mit diesen Öffnungen in mindestens einer der Schichten vorhanden
sind.
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Weitere merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
eines Ausfürrungsbeispiels in Verbindung nit den Zeichnungen und den Ansprüchen.
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Es zeigen, in schematischen Skizzen, Figur 1 einen Aufriß einer Brennkraftmaschine
mit einer Abgasanlage nach dem Vorschlag der Erfindung, Figur 2 eine schaubildliche
Darstellung, zum ei; aufgeschnitten, einer Abgasleitung, wie sie gemäß Figur 1 verwendet
werden soll, Figur 3 eine schaubildliche Darstellung ähnlich der in Figur 2, Figur
4 eine ähnliche Ausführungsform wie in den Figuren 2 und 3 gezeigt, in schaubildlicher
Darstellung, teilweise aufgeschnitten, Figur 5 eine schaubildliche Darstellung einer
Möglichkeit der Herstellung der für ein Schichtrohr
gebrauchten
Platten, Figur 6 eine schaubildliche Darstellung eines Streifens zur Herstellung
eines solchen Rohres mit Ausbuchtungen, Figur 7 einen Aufriß von Figur 6, Figur
8 eine schaubildliche Darstellung, teilweise aufgeschnitten, einer Abgasleitung
mit dachförmigen Ausbuchtungen und Figur 9 die Ansicht von zweiMetallstreifen, die
zu einem Rohr gemäß Figur 8 verwendet werden.
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In Figur 1 ist eine Brennkraftmaschine 3 gezeigt, die in ein Kraftfahrzeug
1 eingebaut ist. An die Brennkraftmaschine ist ein Abgassaminler 4 angeschlossen,
der die Abgase in ein Abgasleitungssystem 5 weiterleitet, wobei die Abgasleitung
7 Rohrkrümmer 9 aufweist, so daß man die notwendige Bodenhöhe unterhalb eines Autos
erhält Die Leitung 7 ist aus einem dichten Schichtenrohr gebildet, welches eine
innere Schicht 51 (Figur 2) und eine äußere Schicht 13 aufweist, die dicht über
die innere Schicht gewickelt ist, wobei beide Schichten vorzugsweise aus Flußeisen
hergestellt werden, welches relativ weich ist, so daß man die Krümmer 9 gut formen
kann. Entsprechend dem Vorschlag der Erfindung werden die inneren Schichten 11 vorzugsweise
in der doppelten Stärke ausgebilviet, wie die äußere Schicht 13. Die Rohrleitungen
7 werden sils ursprünglich flachen Blechstreifen hergestellt, wobei beide Streifen
gleichzeitig i die Rohrform gerollt werden und die
aneinanderstoßenden
Kanten werden in einer Längsverbindung miteinander verbunden, so daß auf diese Art
ein geschweißtes Eisenrohr hergestellt wird. Vorzugsweise, aber nicht unbedingt
notwendig, kann die Längsschweißnaht der Leitung 7 eine einzige Schweißnaht 15 sein
wie in Figur 2 gezeigt.
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Da die innere Schicht 11 und die äußere Schicht 13 voneinandergetrennte
Blechstücke sind, ist eine ringförmige Verbindung 17 der beiden Schichten vorgesehen.
In dieser Verbindung kann ein Fluid enthalten sein, wie z.B. Luft oder gegebenenfalls
eine Schicht von Öl oder eines Kühlmittels, die mit dem einen oder anderen Rohr
oder den Metallstreifen im Laufe der Herstellung der Leitung 7 in Beruhrung gebracht
wurden. Inbeiden Fällen wird das Fluid, welches in der Verbindung 17 vorhanden ist
, verhältnismäßig hohen Temperaturen ausgesetzt, wenn durch die Leitung 7 die heißen
Gase, die von dem Motor 3 koininen durchs trömen0 Dabei wer den die Temperaturen
der inneren Schicht 11 die Höhe von etwa 6000 C erreichen und der äußeren Schicht
13 ven etwa 4800 0. Temperaturen dieser Höhe erzwingen eine Luftausdeh nung und
eine sehr beachtliche Expansion von Öl oder anderen verdampfenden Flüssigkeiten,
wobei eine sehr starke Volumensvergrößerung eintritt. Man kann aus Figur 2 entnehmen,
daß keinerlei natürlicher Auslaß für Gase oder Fluide in der Verbindung 17 gegeben
ist, so daß durch die Anwesenheit der Rohrknie 9 der sich ergebende Druck aufgenommen
werden muß. Am Einlaßende der Leitung 7 ist eine Klemmverbindung 19 in Form eines
bekannten Kleniniflansches angebracht die das Ende der Leitung in einer bestimmten
Stellung festhält und die Verbindung 17 dort verschließt. In ähnlicher Form ist
das andere Ende der Leitung 7 mit Hilfe eines Klemmverschlusses 21 mit dem Einlaß
eines Schalldämpfers 23 verbunden, wobei dort
auch die Verbindung
17 geschlossen wird. Auf diese Art und Weise wird an den beiden Enden der Leitung
7 der ringförmige Spalt 17 so geschlossen, daß das Fluid darin nicht entweichen
kann, es sei denn, daß man besondere Vorkehrungen für diesen Zweck anwendet. Der
Effekt der Expansion eines derartigen Fluids in der Verbindung 17 ist, daß eine
Materialbeanspruchung an der inneren Schicht 11 auftritt, die dann wenn sie groß
genug ist und wenn ggf. noch andere Bedingungen, wie bereits aufgezählt, hinzu-kommen,
die Ursache sein kann, die Erummung der inneren Schicht 11 umzudrehen, so daß die
innere Schicht zusammenbricht. In manchen Fällen kann ein solcher Zusammenbruch
in das Innere den Durchfluß durch die Leitung völlig sperren.
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Nach dem Vorschlag der Erfindung wird ein solcher Einbruch in das
Innere vor allen Dingen durch die relative Materialstärke der Schichten 11 und 13
verhindert, wobei die Schicht 11 vorteilhaft zweimal so stark ist, als die Schicht
13. Schließlich kann man auch noch, um den Druck des Fluids in der Verbindung 17
in unerwünschter Höhe zu vermeiden, die Eisenstreifen, die zur Bildung der inneren
Schicht 11 oder der äußeren Schicht 13 verwendet werden, so ausgestalten, daß sie
diskontinuierlich sind, d.h., daß sie mit Perforationen bestimmter Form, Größe und
an bestimmten Stellen versehen sind, so daß die Schicht durch diese Öffnungen unterbrochen
wird und Auslässe für die Verbindung 17 geschaffen werden, die es dem Fluid gestatten,
zu entweichen, so daß der Aufbau eines unerwünschten Druckes in der Verbindung vermieden
wird.
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Bei der Bauform gemäß Figur 2 sind die-Perforationen in Form
von
Lochbändern in der äußeren Schicht angebracht, wobei man diese Bänder bereits in
dem flachen Sisenband anbringt, welches zur Herstellung der Rohrschicht Verwendung
findet, und das vorzugsweise für sich allein, unabhängig von der zweiten Schicht
hergestellt wird. Der Abstand der Öffnungen kann etwa 25 bis 45 cm, vorzugsweise
30 cm sein. Diese Bänder können um den ganzen Umfang der äußeren Schicht 13 angebracht
werden.
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In der Leitung 7a (Figur 3) sind innere und äußere Schichten 11a und
13a verwendet, ähnlich den Schichten wie sie bei Figur 2 dargestellt und beschrieben
sind. Eine Abänderung liegt insofern vor, als bei der Leitung 7a die Bänder 31a
der Perforation in der Wandung der inneren Schicht 11a angebracht sind. Diese Perforationsbänder
31a können in einem Abstand von etwa 25 bis 45 cm und vorsugs weise von etwa 30
cm angeordnet sein.
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Figur 4 zeigt eine andere Art der Anordnung, um Diskotinuitäten oder
Öffnungen in ds leitung 7b zu oa£en, die ähnlich sind, den bisher Beschriebenen.
Hier ist eine innere Schicht 11b mit einer äußeren Schicht 13b mit Hilfe einer Längsschweißnaht
15 verbunden. Bei dieser Bauform sind die Öffnungen in Form von in der Länge nach
hintereinander vorgesehenen Ausnehmungen 31b entlang dem Rand 33 eines Metallstreifens
35 angebracht, der nachher zu der inneren Schicht 1 Ib zusammengerollt wird. In
Figur 5 ist gezeigt, daß ein solcher Streifen 35 mit Hilfe eines Rollenpaares 37
weiterbewegt wirdi so daß die Kante 33 an einem Bearbeitungswerkzeug 39 vorbeigeführt
wird, welches mit Zähnen oder mit Vorsprüngen 41 rund auf seinem Umfang versehen
ist, so daß, bei dem Vorbeigehen der Kante 33, in diese Einkerbungen bzw. Öffnungen
31b eingearbeitet
werden. Diese Öffnungen 31b werden bevorzugt
in einem Abstand von etwa 25 bis 45 cm, vorteilhaft in einem Abstand von etwa 30
cm eingearbeitet. Diese Öffnungen haben die gleiche Funktion wie die Bänder der
Perforation 31 und 31a und es ist festgestellt worden, daß die verhältnismäßig kleine
Fläche jeder dieser Öffnungen 31b, insbesondere wenn man sie mit der vollständigen
Fläche der Perforationen der Bänder 31a vergleicht, trotzdem genügt, den Druck der
in diesem Abschnitt entsteht, durch die Öffnungen 31b abzuleiten.
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Die Figuren 6 und 7 zeigen eine weitere Abwandung in der Ausbildung
einer Rohrleitung 7b . Eier werden die Öffnungen 31 c in Form von Ausprägungen an
der Kante der inneren Schicht 11c hergestellt, von denen eine bevorzugte Bauform
in den Figuren 6 und 7 gezeigt ist. Wenn die äußere Schicht 13o und die innere Schicht
11c in die Rohrform gebogen werden, ergibt sich eine Leitung1 die in etwa der in
Figur 4 dargestellten Leitung gleich ist, mit Ausnahme der Vorsprünge 310, welche
die Aus;ashaungen 31b ersetzen In den Figuren 8 und 9 ist eine Leitung 7d gezeigt,
die aus einer inneren Schicht 11d und einer äußeren Schicht 13d besteht, die den
Schichten 11 und 13 entsprechen. Bei dieser Leitung sind die Öffnungen der Verbindungssohweißnaht
15 gegenüberliegend angeordnet (Figur 8). Diese Öffnungen haben die Form von Dachfenstern
31d, die in dem Blechstreifen 35d ungefähr entlamg der Mittellinie eingeprägt sind,
wie aus Figur 9 entnommen werden kann. Wenn daher der Streifen 35d, der die innere
Schicht bildet und der Streifen 43, der die äußere Schicht bildet, miteinander gerollt
werden um ein r Rohr 7d zu schaffen1 dann werden die dachfensterförmgen
Vorsprünge
31d gegenüber der Schweißnaht 15d zu liegen kommen, wie aus Figur 8 zu entnehmen
ist. Die dachförmigen Ausbildungen verbinden den Zwischenraum zwischen den beiden
Schichten mit dem Inneren der Leitung und sorgen daher für die gebrauchten Öffnungen,
wie dies bisher in ähnlicher Weise der Fall war. Auch diese dachförmigen Ausbildungen
31d sind etwa in einem Abstand von 25 bis 45 cm vorgesehen, wobei ein bevorzugter
Abstand bei etwa 30 cm liegt.
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Bei jeder der erfindungsgemäßen Bauformen, wird dafür gesorgt, daß
eine Druckerhöhung,die in der ringförmigen Verbindung 17 zwischen der innerenvund
der äußeren Schicht entsteht, abgebaut wird, um auf diese Art ein Zusammenbrechen
der inneren Schicht zu vermeiden. Dies erfolgt durch Anbringen von Öffnungen, die
der Länge nach entweder auf der inneren oder der äußeren Schicht vorgesehen sind.
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Diese Öffnungen oder Perforationen bezwecken die Wandung der Schichten
diskontinuierlich zu machen. Die Erscheinung dieser Diskontånuität allein genügt,
um ein Nin;breahea der inneren Schicht des Rohres bei normalen Bedingungen zu vermeiden,
es sei denn, daß ganz besondere unerwartet extreme Beanspruchungen auftreten. Um
auch solchen extremen Bedingungen entgegen zu wirken, kann man vorteilhaft die innere
Schicht in doppelter Dicke ausführen als die äußere, Es ist auch vorteilhaft, die
äußere Schicht mit Öffnungen zu versehen, weil die übliche Verwendungstemperatur
eine sehr schnelle Korrosion und damit eine Herabsetzung der Lebensdauer hervor-.
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ruft, was auch durch die Anordnung von solchen Öffnungen gemindert
werden kann. Selbstverständlich kann man auch, wie vorstehend beschrieben, entsprechende
Öffnungen in der inneren Schicht anbringen. Die Art der Öffnungen können verschieden
sein,
man kann größere oder kleinere Löcher vorsehen, man kann die Schweißnaht unterbrechen
(siehe Figur 4 und 7), man kann schmale oder breite Schlitze anordnen, dachfensterförmige
Vorsprünge aber auch solche die rund, flach oder aufgetrieben sind.