DE3937803A1 - Verfahren zur herstellung eines doppelrohres - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines doppelrohres

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Description

1. Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Doppelrohres, das in einem Kraftfahrzeugauspuffsystem oder dergleichen verwendet wird, um Vibrationen zu dämpfen.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Kraftfahrzeugauspuffrohre erzeugen Lärm aufgrund der Vibration der Motoren und dem Pulsieren des Abgases. Zahlreiche Anstrengungen wurden unternommen, um diesen Lärm zu reduzieren. Ein Versuch geht dahin, ein Doppelrohr mit einem ziemlich kleinen Spalt zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr zu verwenden. Die Größe des Spaltes wird dabei kleiner als die Schwingungsamplituden des Außenrohres und Innenrohres gewählt. Das Außen- und das Innenrohr werden mechanisch veranlaßt, in gegenseitige Anlage zu geraten, indem ihre Schwingungen sich gegenseitig stören infolge der Ausnutzung der unterschiedlichen Eigenfrequenzen des Innen- und des Außenrohres. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, daß der Spalt ungefähr 5-60 µm schmal ist. Falls der Spalt zu groß ist, gelangen Außenrohr und Innenrohr nicht in gegenseitige Anlage und ihre Schwingungen interferieren nicht. In diesem Fall schwingt das Doppelrohr mit einer zusammengesetzten Frequenz. Falls kein Spalt erzeugt wird, schwingt das Doppelrohr wie ein Einzelrohr mit einer Dicke, die gleich der Summe der Dicken des Innen- und Außenrohres ist. Folglich wird die Schwingung nicht wirkungsvoll gedämpft.
Ein bekanntes Verfahren zum Erhalt eines solch schmalen Spaltes ist die Verwendung eines Preßrings und eines Stempels zum genauen Erweitern eines Rohres. Ein anderes bekanntes Verfahren besteht in der Erzeugung einer angemessenen Differenz zwischen dem Innendurchmesser des Außenrohres und dem Außendurchmesser des Innenrohres durch mechanisches Schleifen oder andere Verfahren und anschließendes Einsetzen des Innenrohres in das Außenrohr. Ein weiteres bekanntes Verfahren besteht in der Verwendung eines Doppelrohres mit einer Zwischenlage zwischen dem Außen- und Innenrohr. Zur Absorption von Schwingungen ist Glasfaser in die Zwischenlage eingewebt. Noch ein anderes bekanntes Verfahren besteht in der Herstellung eines Doppelrohres und anschließendem Füllen des Spaltes zwischen dem Innen- und Außenrohr mit Teilchen aus Keramik, Asbest oder dergleichen.
Bei dem Verfahren der getrennten mechanischen Bearbeitung der inneren Oberfläche des Außenrohres bzw. der äußeren Oberfläche des Innenrohres kann der Spalt, sogar dann, wenn die Rohre mit ziemlich engen Toleranzen bearbeitet werden können, verschwinden oder zu groß werden, was von der Verbindung der Innen- und Außenrohre abhängt.
Aus diesem Grunde werden hochentwickelte Bearbeitungstechniken benötigt. Um einen Spalt einer gewünschten Größe zu erhalten, ist es notwendig, ein Außen- und ein Innenrohr zusammenzufügen, nachdem sie getrennt voneinander sorgfältig abgemessen wurden. Das erfordert einen hohen Arbeitsaufwand. Wenn Biegetechniken verwendet werden, wird normalerweise eine äußere Kraft auf das Außenrohr angewandt. Die äußere Kraft wird über die innere Oberfläche des Außenrohres auf das Innnerohr übertragen. Deswegen werden die Außen- und Innenrohre in verschiedener Weise gebogen. Wenn das Biegen beendet ist und das Doppelrohr von der äußeren Kraft entlastet wird, federn die Außen- und Innenrohre verschieden zurück. Dann ist es unumgänglich, daß das Innenrohr an jedem Biegeabschnitt mit einer großen Kraft gegen die innere Wand des Außenrohres gepreßt wird. Infolge der sich berührenden Abschnitte schwingen die Außen- und Innenrohre mit der gleichen Frequenz. Daraus resultiert eine Abschwächung des Dämpfungseffektes des Doppelrohres. Des weiteren verlangt ein Doppelrohr mit einer Zwischenlage zur Absorption von Schwingungen eine spezielle Fertigungsmaschine. Bei dem Verfahren der Füllung des Spaltes mit einem Dämmaterial nach der Herstellung eines Doppelrohres muß der Spalt erweitert werden. Deswegen wird der Außendurchmesser zu groß im Vergleich zum Innendurchmesser. Zusätzlich erfordert die Fülloperation einen hohen Arbeitsaufwand. Des weiteren ist der Spalt zwischen den Außen- und Innenrohren nicht gleichmäßig. In dieser Hinsicht sind die Herstellungsverfahren des Standes der Technik, die Biegetechniken für den praktischen Gebrauch beinhalten, nicht in der Lage, Doppelrohre zu liefern, die es ermöglichen, den Lärm zufriedenstellend zu mindern.
Kurzfassung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Doppelrohres ohne die vorgenannten Probleme bereitzustellen, so daß ein gleichmäßiger, sehr kleiner Spalt zwischen den Außen- und Innenrohren zurückbleibt, damit eine ausgezeichnete Dämpfungscharakteristik vorliegt, egal ob das Doppelrohr nun gerade oder gebogen ist.
Die obige Aufgabe wird erreicht durch ein Verfahren mit den Schritten:
Bildung einer gleichmäßigen Beschichtung auf der inneren Oberfläche eines Außenrohres und/oder der äußeren Oberfläche eines Innenrohres,
Bewirken der Anpassung der Außen- und Innenrohre aneinander,
Herbeiführen eines engen Kontaktes der Rohre miteinander und
Erhitzen derselben. Insbesondere wird eine Beschichtung zumindest entweder auf der äußeren Oberfläche des Innenrohres oder der inneren Oberfläche des Außenrohres gebildet. Nachdem das Innenrohr in das Außenrohr eingesetzt worden ist, werden die Außen- und Innenrohre über die Zwischenschichtlage in einen engen Kontakt zueinander gebracht, um sie zu verbinden. Das resultierende Doppelrohr wird auf 400°C erwärmt.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird das Doppelrohr, nachdem die äußeren und inneren Rohre zusammengefügt wurden, gebogen und auf über 450°C erhitzt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt eine senkrechte Querschnittsansicht eines erfindungsgemäß hergestellten Doppelrohres;
Fig. 2 zeigt eine bruchstückhafte horizontale Querschnittsansicht eines gemäß dem Stand der Technik hergestellten Doppelrohres; und
Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A der Fig. 2.
Genaue Beschreibung der Erfindung
Die Materialien der erfindungsgemäß gebildeten Beschichtungen sind gewöhnliche Farben, hergestellt aus Epoxidharzen, Acrylharzen, Phenolharzen, Fluorkohlenstoffharzen, Alkydharzen, Vinylharzen und anderen Harzen.
Um die Außen- und Innenrohre in engen Kontakt miteinander zu bringen, nachdem das Innenrohr in das Außenrohr gesetzt wurde, wird das Außenrohr durch ein dehnbares Rohr mit Hilfe eines Preßrings in engen Kontakt mit dem Innenrohr gebracht, oder der Durchmesser des Innenrohres wird vergrößert.
Nachdem die Außen- und Innenrohre in einen engen Kontakt miteinander gebracht wurden, werden sie auf über 400°C erwärmt. Wenn das Doppelrohr gebogen werden soll, ist es wünschenswert, es nach dem Biegen zu erhitzen. In diesem Fall ist es notwendig, das Rohr auf über 450°C zu erwärmen, damit die Restspannung vollständig entfernt wird.
Erfindungsgemäß wird um den Abstand zwischen der inneren Oberfläche des Außenrohres und der äußeren Oberfläche des Innenrohres beibehalten zu können, eine Beschichtung auf zumindest entweder der inneren Oberfläche des Außenrohres oder der äußeren Oberfläche des Innenrohres gebildet. Dies vereinfacht es, den Spalt gleichförmig zu gestalten. Überdies kann jeder gewünschte Abstand durch geeignete Auswahl der Dicke der Beschichtung erhalten werden. Die gebildete Beschichtung wird durch Erhitzen in dem Spalt ausgehärtet. Es bleiben Rückstände, die hauptsächlich aus Kohlenstoff bestehen, in dem Spalt zwischen den Rohren zurück. Da fast die gesamten flüchtigen Bestandteile freigesetzt werden, verringert sich das Volumen der Beschichtung, wodurch die Beschichtung porös wird. Folglich ist die Dichte der Rückstände niedrig. Da der Spalt nicht dicht mit den Rückständen gefüllt ist, werden die Vibrationen der Außen- und Innenrohre gedämpft. An den Stellen, an denen das Doppelrohr gebogen ist, werden die Außen- und Innenrohre nicht mit einer großen Kraft gegeneinander gepreßt, anders als bei den Doppelrohren, die in den Fig. 2 und 3 gezeigt sind und in denen jeweils ein Außenrohr 1 an einem Berührungsabschnitt 4 mit einer großen Kraft gegen ein Innenrohr 2 gepreßt wird. Wie in Fig. 1 gezeigt, kann in dem neuen Doppelrohr ein gleichmäßiger Spalt 3 beibehalten werden. Bevor das Doppelrohr erwärmt wird, wird es gebogen. Wenn es auf 450°C erwärmt wird, verschwindet die innere Spannung, die durch das Biegen hervorgerufen wird, und weder das Außen­ noch das Innenrohr federt zurück. Folglich kann der Spalt einfacher gleichmäßig gehalten werden.
Beispiele
Die Ergebnisse der Experimente bezüglich der erfindungsgemäß hergestellten Doppelrohre sind im folgenden ausgeführt. Als Innenrohre wurden Stahlrohre mit einem Außendurchmesser von 19 mm und einer Dicke von 1,2 mm verwendet. Stahlrohre mit einem Außendurchmesser von 22 mm und einer Dicke von 1,0 mm wurden als Außenrohre eingesetzt. Auf der äußeren Oberfläche eines jeden Stahlrohrs, das als Innenrohr fungiert, wurde eine Beschichtung gebildet. Dann wurden die als Innenrohre dienenden Stahlrohre in die als Außenrohre fungierenden Stahlrohre eingesetzt. Danach wurden die Durchmesser der Außenrohre verringert, wobei ein Preßring von 21 mm Durchmesser verwendet wurde. Auf diese Weise wurden Doppelrohre hergestellt. Einige der Doppelrohre wurden gerade gelassen. Die anderen wurden jeweils um 90° bei einem Krümmungsradius von 60 mm an drei Stellen gebogen. Anschließend wurden sie in einen Ofen gelegt, in dessen Innerem eine neutrale Atmosphäre herrschte. In diesem Ofen wurden sie 30 Minuten lang bei verschiedenen Temperaturen erwärmt. Danach wurden sie an der Luft gekühlt. Auf diese Weise wurden gerade Doppelrohre und Rohre mit fertigen Formen fertiggestellt. Die Querschnitte der geraden und gebogenen Abschnitte der Doppelrohre wurden untersucht, um herauszufinden, ob ein gleichmäßiger, sehr kleiner Spalt zwischen den äußeren und inneren Rohren eines jeden Doppelrohrs erreicht wurde. Die Resultate sind in der Tabelle 1 aufgeführt.
Tabelle 1
In dieser Tabelle ist die Beschichtung E aus einem Epoxidharz hergestellt. Die Beschichtung V besteht aus einem Vinylharz, und die Beschichtung F aus einem Fluorkohlenstoffharz. Die Zahlenwerte geben die Dicken der Beschichtung an. Die Bezeichnung "Gerade" in der "Form" - Spalte bedeutet, daß das Doppelrohr gerade ist. "Gebogen" in der "Form" - Spalte bedeutet, daß das Doppelrohr gebogen ist,
bedeutet, daß ein gleichmäßiger Abstand über die gesamte Länge erhalten wurde, und daß nach dem Erwärmen der Beschichtung den Spalt locker füllende Rückstände zurückbleiben,
bedeutet eine Beschichtung, die nicht vollständig ausgehärtet wurde, aber die äußeren und inneren Rohre noch stark miteinander verbindet,
bedeutet eine Beschichtung, die ausgehärtet wurde, um Rückstände hervorzurufen, aus denen die flüchtigen Komponenten freigesetzt wurden; der Spalt ist im gebogenen Abschnitt nicht gleichmäßig, und das Innenrohr wird mit einer großen Kraft gegen eine Seite der inneren Oberfläche des Außenrohres gedrückt.
Wie aus Tabelle 1 entnommen werden kann, liefert keine der Beschichtungen zufriedenstellende Resultate, wenn sie bei 350°C erhitzt wurden. Bei einer Temperatur von 400°C lieferten die geraden Rohre gute Resultate, aber die Gleichmäßigkeit des vor dem Erwärmen gebildeten und eine Beschichtung enthaltenden Abstandes zwischen dem Außen- und Innenrohr war beeinträchtigt. Das innere Rohr wurde mit einer großen Kraft gegen eine Seite der inneren Oberfläche des Außenrohres gedrückt.
Das kann wie folgt erklärt werden. Die Beschichtung wandelte sich durch das Erwärmen in Rückstände um, jedoch konnte die durch das Biegen hervorgerufene innere Spannung bei dieser Temperatur nicht vollständig entfernt werden. Ein Wechsel in der Dicke der Beschichtung bewirkt ein Zurückfedern des Rohres, wobei es deformiert wurde. Die bei 450°C erwärmten Beschichtungen wandelten sich an jeder Stelle in Rückstände um und füllten die Spalte locker aus. Der Abstand zwischen den Außen- und den Innenrohren blieb gleichmäßig.
Erfindungsgemäß wird eine Beschichtung mindestens entweder auf der inneren Oberfläche eines Außenrohres oder der äußeren Oberfläche eines Innenrohres gebildet. Das Außenrohr wird in das Innenrohr eingesetzt. Die innere Oberfläche des Außenrohres wird in einem engen Kontakt mit der äußeren Fläche des lnnenrohres gebracht. Anschließend werden die Rohre erwärmt. Daher kann ein Doppelrohr, in dem der Abstand zwischen den Außen- und Innenrohren über die gesamte Länge gleichmäßig bleibt, leicht hergestellt werden. Rückstände, die nach Erwärmen der Beschichtung übrigbleiben und geringfügig kleiner als die Beschichtung selbst sind, sind gleichförmig im Spalt vorhanden. Die Außen- und Innenrohre des Doppelrohres sind über die Rückstände miteinander verbunden. Wenn das Doppelrohr vibriert, schwingen die äußeren und inneren Rohre mit verschiedenen Frequenzen und können somit miteinander interferieren, wodurch die Vibration gedämpft wird. Folglich können Vibration und Lärm beträchtlich reduziert werden.

Claims (6)

1. Verfahren zum Herstellen eines Doppelrohres mit den Schritten:
Bildung einer Beschichtung auf der äußeren Oberfläche eines Innenrohres (2) oder/und auf der inneren Oberfläche eines Außenrohres (1);
Einsetzen des Innenrohres (2) in das Außenrohr (1) und Herbeiführen eines engen Kontaktes beider Rohre miteinander über die Beschichtung, um die äußeren und inneren Rohre zusammenzukoppeln; und
Erwärmen der gekoppelten Rohre auf über 400°C.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Schritte
Biegen der gekoppelten Rohre, nachdem die äußeren und inneren Rohre zusammengekoppelt wurden und
Erwärmen auf über 450°C.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (2) und das Außenrohr (1) aus einem Stahl bestehen.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus einem Material gebildet wird, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Epoxidharzen, Acrylharzen, Phenolharzen, Fluorkohlenstoffharzen, Alkydharzen und Vinylharzen.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Herbeiführens eines engen Kontaktes beider Rohre miteinander mit Hilfe eines dehnbaren Rohres unter Verwendung eines Preßrings durchgeführt wird.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Herbeiführens eines engen Kontaktes beider Rohre miteinander durch Erweitern des Innenrohres (2) gegen das Außenrohr (1) durchgeführt wird.
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