DE3526481A1 - Verbindung zweier rohrenden durch ein wellrohr - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindung der koaxial auf­ einander zu gerichteten Enden zweier Rohre einer Leitung für heiße Medien, insbesondere Abgasleitung von Kraftfahr­ zeugen, durch ein Wellrohr oder einen Balg mit zylindri­ schen Anschlußenden, wobei sich die ggf. als Anschweiß- oder Steckhülse ausgebildeten Rohrenden durch daran befe­ stigte oder einstückig mit ihnen verbundene Innenschutz­ rohre innerhalb des Wellrohres axial übergreifen und die zylindrischen Anschlußenden des Wellrohres die Rohrenden umfassend mit diesem wenigstens mittelbar mediendicht durch Schweißen od. dgl. verbunden sind.

Bei derartigen Bauformen, insbesondere dann, wenn es sich um eine Abgasleitung für Kraftfahrzeuge handelt, sind Well­ rohre bzw. Bälge und die Rohre aus Metall hergestellt. Da die Erfindung jedoch auch für zahlreiche andersartige An­ wendungsfälle geeignet ist, soll hierauf eine Beschränkung nicht gegeben sein, wenn auch nachfolgend der Einfachheit halber eine Bauform aus Metall ins Auge gefaßt ist.

Die bekannte Verbindung der geschilderten Art ist einfach so gestaltet, daß der Balg mit seinen zylindrischen An­ schlußenden von außen auf die Rohrenden bzw. die rohrsei­ tigen Enden der Innenschutzrohre - im Falle beispielsweise der Abgasleitung eines Kraftfahrzeuges gasdicht - aufge­ schweißt ist. Dies führt jedoch bei in der Rohrleitung ge­ führtem heißem Medium dazu, daß die Schweißverbindung, die in der Regel als Rollnahtschweißung ausgeführt ist, den von ihr zu tragenden Belastungen vielfach nicht mehr standhält.

Das Wellrohr bzw. der Balg wird nämlich in die Rohrleitung eingebaut, um hier gegenseitige Relativbewegungen der ver­ bundenen Teile in Form von Axial-, Lateral- und Angularbe­ wegungen aufzunehmen, die, soweit dadurch Rückstellkräfte des Balges entstehen, von den der Balgbefestigung die­ nenden Schweißnähten aufzunehmen sind. Höhere oder gar höchste auftretende Temperaturen führen an dieser Stelle jedoch zu einer Werkstoffversprödung und in deren Folge zu Rißbildungen bereits allein durch die auftretenden rein mechanischen Beanspruchungen, denkt man nur beispielhalber an die hohen Wechselbelastungen, denen ein Auspuffrohr unterworfen ist.

Man hat dem zu begegnen versucht dadurch, daß man das Well­ rohr bzw. den Balg möglichst lang ausgebildet hat, um ihn dadurch verhältnismäßig weich zu gestalten und die Größe der auftretenden Stützkräfte herabzusetzen. Dies führt jedoch, da solche Bälge, insbesondere dann, wenn sie aus Edelstahl hergestellt sind, ein teures Bauteil sind, zu einer kosten- und platzaufwendigen Konstruktion.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Verbindung der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß die tempera­ turbedingte Belastung der Schweißverbindung zwischen Balg und Rohren erheblich herabgesetzt wird, damit auf diese Weise einerseits die Lebensdauer der Schweißverbindung er­ höht wird, sich andererseits aber die Möglichkeit eröffnet, wesentlich kürzere Wellrohre bzw. Bälge bei vergleichsweise gleich großer axialer, lateraler und angularer Bewegungs­ aufnahme einzusetzen. Die hierzu zu ergreifenden Maßnahmen sollen einfach und damit hinsichtlich der Gestehungskosten unbedeutend sein und bezüglich ihres Platzbedarfes den ohnehin für die in Rede stehende Konstruktion herzugeben­ den Einbauraum nicht vergrößern.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß we­ nigstens eine der endständigen Schweißverbindungen des Wellrohres vom radial innerhalb gelegenen, medienbegren­ zenden Wandungsteil des Rohrendes bzw. Innenschutzrohres durch mindestens einen ringförmig umlaufenden Luftspalt bzw. Luftzwischenraum getrennt ist.

Durch diese Maßnahme sind die Anschlußnähte für das Well­ rohr bzw. den Balg temperaturmäßig von der Temperatur weit­ gehend abgekoppelt, die in der den Medienstrom begren­ zenden Wandung durch den Medienstrom aufgebaut wird, so daß für den Schweißnahtbereich von einem gänzlich anderen, wesentlich tiefer liegenden Temperaturniveau ausgegangen werden kann, das Materialversprödung und dadurch verur­ sachte, belastungsbedingte Rißbildung ausschließt, so daß sich insgesamt höhere Bruchspannungen erreichen lassen. Durch die mit der Erfindung einhergehende räumliche Di­ stanzierung der jeweiligen Schweißverbindung ergibt sich außerdem, daß Temperaturschwankungen, insbesondere hohe Temperaturspitzen nur verzögert und damit gedämpft an die Schweißnaht gelangen können. Ferner ist durch die erfin­ dungsgemäße Maßnahme sogar auch die Möglichkeit gegeben, die in Rede stehende Schweißnaht sowohl radial außerhalb als auch radial innerhalb mit der Umgebungsluft in Verbin­ dung zu halten und somit praktisch vollständig vom heißen Medium abzukoppeln.

Das erfindungsgemäße Handeln bedingt aufwandsmäßig praktisch nur ein zusätzliches, hülsenförmiges Rohrstück, so daß die hiermit bedingte Änderung der Gestehungskosten vergleichs­ weise unbedeutend ist. Was den Platzaufwand betrifft, so entsteht im Schweißnahtbereich ohne Beeinflussung des Strömungsquerschnittes der Leitung lediglich in Radial­ richtung ein geringer Platzbedarf, der sich jedoch bei weitem innerhalb der Wellungshöhe des Wellrohres bzw. Balges hält und somit lediglich ohnehin vorhandenen Bauraum ausnutzt.

Soweit, um dies vergleichsweise heranzuziehen, bezüglich des Wellrohres oder Balges von einer gegenüber dem Be­ kannten unveränderten Baulänge ausgegangen wird, kann nun­ mehr der Balg durch die Erfindung wesentlich größere Axial-, Lateral- und Angularbewegungen aufnehmen, ohne daß dadurch eine Beeinträchtigung seiner geschweißten Anschlußverbin­ dung auftritt.

Im Rahmen der Erfindung hat es sich als zweckmäßig erwie­ sen, daß das Rohrende mit seinen die Schweißverbindung mit dem Wellrohr bildenden Abschnitt gegenüber dem Innen­ schutzrohr radial distanziert ist und daß das Innenschutz­ rohr in Axialrichtung mit Abstand neben dieser Schweißver­ bindung mit dem Rohrende mediendicht verbunden ist. Hier ist also neben der besonderen Gestaltung des Rohrendes die Befestigungsstelle für das Innenschutzrohr so gewählt, daß das den Balganschluß tragende Rohrende einen im übri­ gen konstruktiv in weiten Grenzen wählbaren Abstand von dieser Befestigungsstelle und damit von seinem mit dem heißen Medium unmittelbar in Berührung stehenden Bereich hat.

Nach einer anderen erfindungsgemäßen Bauform kann es vor­ teilhaft sein, daß das Rohrende mit radialem Abstand von einer zylindrischen Hülse umgeben ist, daß das Wellrohr mit der innerhalb seines Anschlußendes gelegenen Hülse verschweißt ist und daß die Hülse in Axialrichtung mit Abstand neben dieser Schweißverbindung mit dem Rohrende mediendicht verbunden ist. Diese Bauform eignet sich ins­ besondere dann, wenn das Rohr gleichzeitig auch das Innen­ schutzrohr bildet, also mit diesem einstückig verbunden ist.

Eine weitere Ausführungsform kann dadurch gekennzeichnet sein, daß das Innenschutzrohr mit seinem nach außerhalb des Wellrohres gerichteten freien Ende nach außen um einen Betrag im Bereich von 180° umgebördelt und mit radialem Abstand gegenüber seinem übrigen Rohrteil angeordnet ist, und daß das Wellrohr mit diesem innerhalb seines Anschluß­ endes gelegenen freien Ende des Innenschutzrohres ver­ schweißt ist. Hier wird das im vorhergehenden Beispiel als Hülse bezeichnete Bauteil durch das Innenschutzrohr selbst gebildet, womit praktisch eine Schweißnaht fortfallen kann.

Nach einer wieder anderen Bauform kann es erfindungsgemäß zweckmäßig sein, daß mit dem nach außerhalb des Wellrohres gerichteten freien Ende des Innenschutzrohres eine sich über dieses Ende mit radialem Abstand erstreckende Hülse verbunden ist, daß das Wellrohr mit dieser innerhalb seines Anschlußendes gelegenen Hülse verschweißt ist, und daß die Hülse in Axialrichtung mit Abstand neben dieser Schweiß­ verbindung mit dem Innenschutzrohr mediendicht verbunden ist.

Allen Bauformen ist gemeinsam, daß das die Schweißverbin­ dung mit dem Balg tragende Rohrteil bzw. die entsprechende Hülse bezogen auf den Medienstrom stromaufwärts oder stromabwärts befestigt sein kann, so daß der erfindungsge­ mäß vorgesehene Luftspalt wahlweise mit der Umgebung oder dem Medium in Verbindung steht. Hier sind also konstruktiv weitgehende Möglichkeiten eröffnet, um platzmäßigen und/oder temperaturmäßigen Gegebenheiten Rechnung zu tragen.

Schließlich kann in allen Fällen der Luftspalt bzw. Luft­ zwischenraum mit wärmeisolierendem Material ausgefüllt sein, womit eine ergänzende Möglichkeit gegeben ist, die Schweißverbindung des Balges vom unmittelbaren Me­ dienzutritt sowie einer Hitzeabstrahlung benachbarter Bauteile abzukoppeln.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung von verschiedenen Ausführungsformen anhand dreier Zeichnungen, die jeweils den in Rede stehenden Verbindungsbereich im hälftigen Radialschnitt zeigen.

Fig. 1 zeigt Rohrenden 1, 2, die im Ergebnis durch ein Wellrohr bzw. einen Balg 3 miteinander gasdicht verbunden sind.

Um die Innenseite des Balges vor dem heißen Medienstrom zu schützen, ist in das Rohrende 1 ein Innenschutzrohr 4 eingeschweißt, während das Rohrende 2 zur Bildung eines entsprechenden, gegenläufigen Innenschutzrohres 5 ver­ längert ist. Die Innenschutzrohre 4, 5 übergreifen sich in Axialrichtung, wobei das Innenschutzrohr 5 an seinem freien Ende eine ballige Kontur 6 gegenüber dem Innen­ schutzrohr 4 bildet, um den mit gegenseitigen Berührungen der Innenschutzrohre einhergehenden Verschleiß in Grenzen zu halten, der sich aus den Axial-, Lateral- und Angular­ bewegungen der Rohrenden 1, 2 gegeneinander ergeben. Selbstverständlich ist die Anordnung der Innenschutzrohre so getroffen, daß das innen liegende Innenschutzrohr mit seinem freien Ende bezüglich der Richtung 7 des Medien­ stroms stromabwärts liegt.

Das Rohrende 1 weist an seinem freien Ende eine nach radial außen gerichtete Aufbördelung 8 auf, so daß gegen­ über dem Innenschutzrohr 4 ein Luftspalt 9 entsteht, der im vorliegenden Falle mit dem in der Rohrleitung geführten Medium Verbindung hat. Trotzdem ist die Schweißstelle 10 zwischen Aufbördelung 8 und zylindrischem Hals 11 des Balges 3 temperaturmäßig vom Medium weitgehend abgekop­ pelt, da das Medium radial innerhalb nur mit dem Innen­ schutzrohr 4 direkten Kontakt hat, wobei die materialbe­ dingte Wärmeleitung mit in Axialrichtung gegebenem Ab­ stand von der Schweißstelle 10 erst von der Verbindung zwischen Rohrende 1 und Innenschutzrohr 4 ausgeht.

Bezüglich des Anschlusses des in Fig. 1 dargestellten lin­ ken Teiles mit der übrigen Rohrleitung kann das Rohrende 1 dort angeschweißt sein, aufgesteckt und mit schellenför­ migen Klemmitteln befestigt sein oder aber auch sich ein­ stückig als Rohrleitung fortsetzen. Diese Anschlußtech­ niken sind allgemein bekannt und werden üblicherweise ver­ wendet, so daß darauf nachfolgend nicht weiter eingegangen wird.

Bei dem in Fig. 1 rechts dargestellten Beispiel ist auf das Rohrende 2 bzw. das von diesem gebildete Innenschutz­ rohr 5 eine Hülse 12 bei 13 aufgeschweißt, deren Innen­ querschnitt größer als der Außenquerschnitt des Rohr­ endes 2 bzw. des Innenschutzrohres 5 ist, so daß ein Luft­ spalt 14 gebildet wird. Mit der Hülse 12 ist der zylindri­ sche Hals 15 des Balges 3 bei 16 verschweißt, womit ent­ sprechend der Darstellung auf der linken Seite von Fig. 1 wieder eine räumliche und temperaturmäßige Abkupplung der Schweißstelle 16 erreicht ist. Auch bei der in Fig. 1 rechts dargestellten Ausführungsform steht der Spalt 14 mit dem in der Leitung geführten Medium in Verbindung. Denkt man sich jedoch die Schweißstelle 13 bezogen auf die Schweißverbindung 16 von der rechten Seite auf die linke Seite verlegt, so wird deutlich, daß der Spalt 14 durchaus auch mit der Umgebung in Verbindung gebracht werden kann, womit sich im Einzelfall eine eventuell wünschenswert er­ scheinende zusätzliche Kühlwirkung erzielen läßt.

Fig. 1 zeigt rechts noch eine Wärmeisolierung 17, 18, wie sie heutzutage bei Auspuffleitungen von Kraftfahrzeugen vielfach angebracht wird.

Fig. 2 zeigt ein Innenschutzrohr 20 sowie ein Rohrende 21, das wieder wie beim Beispiel gemäß Fig. 1 einstückig in ein Innenschutzrohr 22 übergeht. Innenschutzrohr 20 und Rohrende 21 sind durch einen Balg 23 miteinander verbunden.

Dazu ist das nach links gerichtete freie Ende 24 des Innen­ schutzrohres 20 um einen Betrag von etwa 180° in Gegenrich­ tung umgebördelt und mit radialem Abstand gegenüber dem Innenschutzrohr 20 angeordnet, so daß wieder ein Luft­ spalt 25 entsteht, durch den die Schweißverbindung 26 des zylindrischen Halses 27 des Balges 23 radial gegenüber dem medienführenden Innenschutzrohr 20 distanziert und ther­ misch abgekoppelt ist. An der Knickstelle 28 kann das Innenschutzrohr 20 mit der weiterführenden Rohrleitung verschweißt werden od. dgl.

Die auf der rechten Seite in Fig. 2 dargestellte Konstruk­ tion entspricht wieder der in Fig. 1 rechts dargestellten, weshalb diese nicht noch einmal erläutert wird.

Fig. 3 zeigt ein Rohrende 30 mit darin eingeschweißtem Innenschutzrohr 31 sowie ein Rohrende 32 und daran befe­ stigtem Innenschutzrohr 33. Die Innenschutzrohre 31, 33 übergreifen sich wieder in Axialrichtung in der anhand der Fig. 1 beschriebenen Weise.

Das Rohrende 30 ist zu seinem freien Ende 34 hin radial aufgebördelt, so daß ein distanzierender Luftspalt 35 zwi­ schen Rohrende 34 und Innenschutzrohr 31 entsteht. Mit der Aufbördelung 34 ist die zylindrische Anschlußhülse 36 des Balges 37 bei 38 verschweißt, womit diese Schweiß­ stelle 38 wieder radial gegenüber dem medienführenden Innenschutzrohr 31 und axial gegenüber der Anschlußstelle 39 des Innenschutzrohres 31 am Rohrende 30 distanziert ist.

Auf der rechten Seite der Fig. 3 ist ersichtlich, daß das Innenschutzrohr 33 in Richtung auf das Rohrende 32 von seiner Verbindungsstelle mit diesem verlängert und erst dort bei 40 mit einer zylindrischen Hülse 41 verschweißt ist, die sich wiederum unter Bildung eines Luft­ spaltes 42 außerhalb des Innenschutzrohres 33 er­ streckt. Mit dem freien Ende der Hülse 41 ist der zylin­ drische Hals 43 des Balges 37 bei 44 verschweißt.

Durch diese konstruktive Ausbildung ist eine doppelte oder zusätzliche Abkopplung der Schweißstelle 44 in thermischer und räumlicher Hinsicht gegeben, indem auch die Schweiß­ stelle 40 über einen Luftspalt 45 gegenüber dem Rohrende 32 distanziert ist und sich erst von hier aus die Hülse 41 mit radialem Abstand gegenüber dem Innenschutzrohr 33 erstreckt. Dadurch ist in besonderem Maße der Temperatur­ fluß von der mit dem heißen Medium in Berührung stehenden Wandung des Innenschutzrohres 33 bis zur Schweißstelle 44 verlängert.

Auch bei den beiden Beispielen gemäß Fig. 3 besteht wieder die Möglichkeit, den jeweils innerhalb der Schweißstel­ len 38 bzw. 44 gelegenen Luftspalt mit der Umgebung in Verbindung zu bringen, wozu es nur einer geringfügigen konstruktiven Änderung bedarf, um die Teile 34 bzw. 41 jeweils auf der anderen Seite der Schweißstellen 38 bzw. 44 mit dem innen liegenden Teil zu verbinden.

Claims (6)

1. Verbindung der koaxial aufeinander zu gerichteten Enden zweier Rohre einer Leitung für heiße Medien, insbesondere Abgasleitung von Kraftfahrzeugen, durch ein Wellrohr oder einen Balg mit zylindrischen Anschlußenden, wobei sich die ggf. als Anschweiß- oder Steckhülse ausgebildeten Rohr­ enden durch daran befestigte oder einstückig mit ihnen verbundene Innenschutzrohre innerhalb des Wellrohres axial übergreifen und die zylindrischen Anschlußenden des Well­ rohres die Rohrenden umfassend mit diesen wenigstens mit­ telbar mediendicht durch Schweißen od. dgl. verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der endständigen Schweißverbindungen (10, 16, 26, 38, 44) des Wellrohres (3, 23, 37) vom radial in­ nerhalb gelegenen, medienbegrenzenden Wandungsteil des Rohrendes (2, 21) bzw. Innenschutzrohres (4, 5, 20, 22, 31, 33) durch mindestens einen ringförmig umlaufenden Luftspalt bzw. Luftzwischenraum (9, 14, 25, 35, 42) ge­ trennt ist.

2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrende (1, 30) mit seinem die Schweißverbin­ dung (10, 38) mit dem Wellrohr (3, 37) bildenden Ab­ schnitt (8, 34) gegenüber dem Innenschutzrohr (4, 31) radial distanziert ist und daß das Innenschutzrohr in Axial­ richtung mit Abstand neben dieser Schweißverbindung mit dem Rohrende mediendicht verbunden (39) ist.

3. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrende (2, 21) mit radialem Abstand von einer zylindrischen Hülse (12) umgeben ist, daß das Wellrohr (3, 23) mit der innerhalb seines Anschlußendes (15) gelegenen Hülse verschweißt ist und daß die Hülse in Axialrichtung mit Abstand neben dieser Schweißverbindung (16) mit dem Rohrende mediendicht verbunden (13) ist.

4. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenschutzrohr (20) mit seinem nach außerhalb des Wellrohres (23) gerichteten freien Ende (24) nach außen um einen Betrag im Bereich von 180° umgebördelt und mit radialem Abstand gegenüber seinem übrigen Rohrteil ange­ ordnet ist, und daß das Wellrohr mit diesem innerhalb sei­ nes Anschlußendes (27) gelegenen freien Ende des Innen­ schutzrohres verschweißt (26) ist.

5. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem nach außerhalb des Wellrohres (37) gerichteten freien Ende des Innenschutzrohres (33) eine sich über dieses Ende mit radialem Abstand erstreckende Hülse (41) verbunden ist, daß das Wellrohr mit dieser innerhalb seines Anschlußendes (43) gelegenen Hülse verschweißt (44) ist, und daß die Hülse in Axialrichtung mit Abstand neben die­ ser Schweißverbindung mit dem Innenschutzrohr mediendicht verbunden (40) ist.

6. Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt bzw. Luftzwi­ schenraum mit wärmeisolierendem Material ausgefüllt ist.