DE3937803C2 - - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Herstellung eines Doppelrohres nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, das in einem
Kraftfahrzeugauspuffsystem oder dergleichen
verwendet wird, um Vibrationen zu dämpfen.
Kraftfahrzeugauspuffrohre erzeugen Lärm aufgrund der
Vibration der Motoren und dem Pulsieren des Abgases.
Zahlreiche Anstrengungen wurden unternommen, um
diesen Lärm zu reduzieren.
Aus der DE-A1-28 13 228 ist ein Verfahren zur
Ummantelung eines länglichen Gegenstandes beliebigen
Querschnitts durch Aufschieben eines einen größeren
Innendurchmesser aufweisenden Rohrkörpers bekannt,
der am Gegenstand befestigt wird und einen relativ
großen Spalt zum Gegenstand bildet, der mit einem
Füllstoff ausgefüllt wird. Der Körper wird einer
Wärmebehandlung unterworfen und dabei einer
Zugspannung ausgesetzt, um den relativ großen Spalt
durch die Variation von Zugspannung und Temperatur
durch Erzeugung von radial wirkenden Spannungen zu
überwinden. Vibrationsdämpfende Wirkungen sind dabei
nicht beabsichtigt und auch nicht zu erwarten, sodaß
dieses Verfahren zur Herstellung von Doppelrohren
mit lärm- und vibrationsdämpfenden Eigenschaften,
insbesondere für Auspuffrohre, ungeeignet ist.
Ein weiterer 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.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein
Verfahren zur Herstellung eines Doppelrohres aus Stahl
zu schaffen, bei dem ein gleichmäßiger, sehr
kleiner Spalt zwischen den Außen- und Innenrohren
zurückbleibt, damit eine ausgezeichnete
Dämpfungscharakteristik erzeugt wird, egal ob das
Doppelrohr gerade oder gebogen ist.
Die obige Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen im Hauptanspruchobergriff gelöst durch ein Verfahren
mit den Schritten:
Bilden einer Beschichtung auf der äußeren Oberfläche eines Innenrohres oder/und auf der inneren Oberfläche eines Außenrohres;
Einsetzen des Innenrohres in das Außenrohr und Herbeiführen eines engen Kontaktes beider Rohre miteinander durch die Beschichtung, um das Außenrohr und das Innenrohr zusammenzubringen; und
Erwärmen der zusammengebrachten Rohre auf über 400°C, sodaß dabei die Beschichtung in einen porösen Zustand übergeht und den schmalen Spalt durch lockere Rückstände aus der Beschichtung gleichmäßig ausfüllt.
Bilden einer Beschichtung auf der äußeren Oberfläche eines Innenrohres oder/und auf der inneren Oberfläche eines Außenrohres;
Einsetzen des Innenrohres in das Außenrohr und Herbeiführen eines engen Kontaktes beider Rohre miteinander durch die Beschichtung, um das Außenrohr und das Innenrohr zusammenzubringen; und
Erwärmen der zusammengebrachten Rohre auf über 400°C, sodaß dabei die Beschichtung in einen porösen Zustand übergeht und den schmalen Spalt durch lockere Rückstände aus der Beschichtung gleichmäßig ausfüllt.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird das
Doppelrohr, nachdem die äußeren und inneren Rohre
zusammengefügt wurden, gebogen und auf über 450°C
erhitzt.
Die Beschichtung besteht aus einem Material, das aus
der Gruppe ausgewählt wird, die Epoxidharz,
Acrylharz, Phenolharz, Fluorkohlenstoffharz,
Alkydharz und Vinylharz enthält.
In weiterer Ausbildung der Erfindung wird der
Schritt des Herbeiführens eines engen Kontaktes
beider Rohre miteinander mittels eines dehnbaren
Rohres unter Verwendung eines Preßrings bzw. durch
Erweitern des Innenrohres gegen das Außenrohr
durchgeführt.
An Ausführungsbeispielen wird die Erfindung unter
Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher
erläutert. Dabei zeigen die Zeichnungen in
Fig. 1 eine senkrechte Querschnittsansicht eines
erfindungsgemäß hergestellten Doppelrohres;
Fig. 2 eine bruchstückhafte horizontale
Querschnittsansicht eines gemäß dem Stand
der Technik hergestellten Doppelrohres; und
Fig. 3 eine Querschnittsansicht entlang der Linie
A-A der Fig. 2.
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 im Gegensatz zu 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.
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 dient, wurde eine Beschichtung gebildet.
Dann wurden die als Innenrohre dienenden Stahlrohre
in die als Außenrohre dienenden 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.
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, Δ 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 Innenrohres 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 (5)
1. Verfahren zum Herstellen eines Doppelrohres, bei
dem zwischen Außenrohr und Innenrohr ein
gleichmäßiger, relativ schmaler Spalt vorhanden
ist, gekennzeichnet durch die Schritte:
Bilden einer Beschichtung auf der äußeren Oberfläche eines Innenrohres oder/und auf der inneren Oberfläche eines Außenrohres;
Einsetzen des Innenrohres in das Außenrohr und Herbeiführen eines engen Kontaktes beider Rohre miteinander durch die Beschichtung, um das Außenrohr und das Innenrohr zusammenzubringen; und
Erwärmen der zusammengebrachten Rohre auf über 400°C, sodaß dabei die Beschichtung in einen porösen Zustand übergeht und den schmalen Spalt durch lockere Rückstände aus der Beschichtung gleichmäßig ausfüllt.
Bilden einer Beschichtung auf der äußeren Oberfläche eines Innenrohres oder/und auf der inneren Oberfläche eines Außenrohres;
Einsetzen des Innenrohres in das Außenrohr und Herbeiführen eines engen Kontaktes beider Rohre miteinander durch die Beschichtung, um das Außenrohr und das Innenrohr zusammenzubringen; und
Erwärmen der zusammengebrachten Rohre auf über 400°C, sodaß dabei die Beschichtung in einen porösen Zustand übergeht und den schmalen Spalt durch lockere Rückstände aus der Beschichtung gleichmäßig ausfüllt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
die Schritte
Biegen der Rohre, nachdem das äußere und das innere Rohr zusammengebracht wurden und
Erwärmen der zusammengebrachten Rohre auf über 450°C.
Biegen der Rohre, nachdem das äußere und das innere Rohr zusammengebracht wurden und
Erwärmen der zusammengebrachten Rohre auf über 450°C.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus einem
Epoxidharz, Acrylharz, Phenolharz,
Fluorkohlenstoffharz, Alkydharz oder Vinylharz
besteht.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1
bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt
des Herbeiführens eines engen Kontaktes beider
Rohre miteinander mittels eines verengbaren Außenrohres
unter Verwendung eines Preßrings durchgeführt
wird.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1
bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt
des Herbeiführens eines engen Kontaktes beider
Rohre miteinander durch Erweitern des
Innenrohres gegen das Außenrohr durchgeführt
wird.
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