DE4345052A1 - Doppelwandige Abgasleitung - Google Patents
Doppelwandige AbgasleitungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine doppelwandige Ab
gasleitung mit einem Außenrohr und einem Innenrohr.
Doppelwandige Abgasleitungen sind aus dem Kraftfahr
zeugbau bekannt. Speziell in Automobilen mit Abgas
katalysatoren werden doppelwandige Abgasleitungen
mindestens in dem motornahen Teil des Abgassystems
besonders häufig eingesetzt. Doppelwandige
Abgasleitungen sind auch unter dem Begriff
luftspaltisolierte Rohre bekannt. Der Luftspalt
zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr erfüllt
sowohl schallisolierende als auch wärmeisolierende
Aufgaben. Besonders in der Kaltstartphase von
Automobilen mit Katalysator kommt es darauf an,
möglichst heiße Abgase dem Katalysator zuzuführen, um
ein rasches Aufheizen auf Betriebstemperatur des
Katalysators zu gewährleisten. Andererseits müssen an
der Wagenunterseite selbst bei betriebsheißem Fahrzeug
die einzelnen Teile des Abgassystems ausreichend kühl
bleiben, um bei einem abgestellten Fahrzeug Entzünden
z. B. von trockenem Gras oder Papier unter dem Fahrzeug
zu verhindern.
Erfindungsgemäß ist die doppelwandige Abgasleitung
dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr mit
gewelltem Querschnitt vorgesehen ist und daß das
Innenrohr mindestens auf einem Teil seiner Länge an
dem Außenrohr anliegt.
Gegenüber den üblichen Innenrohren haben Innenrohre
mit gewelltem Querschnitt den Vorteil, daß sie sich in
dem Außenrohr selbst positionieren. Insbesondere
müssen keine zusätzlichen Distanzhalteelemente vorge
sehen sein, wie sie bisher speziell bei längeren Ab
gasleitungen oder bei besonders gekrümmten Abgas
leitungen nötig waren. Vorzugsweise ist das Innenrohr
so dimensioniert, daß es im kalten Zustand der
Abgasleitung mit seinen Wellbergen innen in dem
Außenrohr anliegt. Dies gilt mindestens für einige
längs der Abgasleitung beabstandete Stellen. Dies gilt
ferner mindestens für die Bereiche von Biegungen der
Abgasleitung und dort ganz besonders für die
Biegungsaußenseite. Andererseits ist es nicht zwingend
erforderlich, daß das Innenrohr über den Umfang mit
allen Wellbergen mit dem Außenrohr in Kontakt ist,
bereits eine Anlage mit einzelnen, umfangsmäßig
verteilten Wellbergen führt zu einer ausreichenden
Zentrierung des Innenrohrs. Überhaupt ist, wiewohl
bevorzugt, ein Anliegen zwischen Innenrohr und
Außenrohr nicht unbedingt nötig.
Das Innenrohr muß nicht unbedingt gleichmäßig und rund
gewellt sein, die erfindungsgemäßen Vorteile können
auch mit mehreckigen oder unregelmäßigen Prägungen
erhalten werden. Die Wellprägung muß nicht durchgehend
über die ganze Länge des Innenrohrs ausgeführt sein.
Als Extremfall kann man sich die Wellprägung auch in
einzelne über die Länge verteilte Höcker aufgelöst
vorstellen. Parallel zur Längsrichtung der
Abgasleitung verlaufende Welltäler und Wellberge
setzen dem Abgas den geringsten Strömungswiderstand
entgegen und sind am einfachsten herzustellen. Soll,
z. B. vor einem Katalysator, dem Abgasstrom eine Drall-
Komponente mitgegeben werden, so kann das einfach
durch Schrägstellen der Welltäler bzw. der Wellberge
gegen die Längsrichtung der Abgasleitung erfolgen.
Besonders vorteilhaft ist eine Abgasleitung mit einem
Innenrohr mit gewelltem Querschnitt, wenn diese eine
Biegung aufweist, und wenn das Innenrohr mindestens im
Bereich dieser Biegung an dem Außenrohr anliegt. Wie
weiter hinten noch beschrieben werden wird, lassen
sich derartige gebogene Abgasleitungen ganz besonders
einfach herstellen, was zu deutlichen Einsparungen
besonders bei den Personalkosten führt.
Vorzugsweise ist das Innenrohr an einem Ende der
Abgasleitung an dem Außenrohr befestigt. Schweißen und
ganz besonders Punktschweißen sind schnell
herzustellende, günstige und haltbare Verbindungen,
deren Anwendung hierfür bevorzugt ist. Das Innenrohr
ist damit in seiner Längsrichtung relativ zu dem
Außenrohr zumindest einseitig festgelegt.
Es ist ganz besonders bevorzugt, wenn das Innenrohr an
einem Ende oder an beiden Enden der Abgasleitung mit
Schiebesitz in dem Außenrohr angeordnet ist. Außenrohr
und Innenrohr einer Abgasleitung erreichen im Einsatz
unterschiedlich hohe Temperaturniveaus, was zu
unterschiedlichen Wärmedehnungen führt. Dieser
Unterschied kann bei Abgasleitungen mit etwa einem
Meter Länge bereits einige Millimeter betragen und
noch größer werden, wenn für das Innenrohr und für das
Außenrohr Materialien mit unterschiedlichen
Wärmeausdehnungskoeffizienten verwendet werden. Mit
einem Schiebesitz werden Längenunterschiede zwischen
dem Außenrohr und dem Innenrohr kompensiert, wenn sich
beide mindestens über einen Teilbereich ihrer Länge
relativ zueinander in Längsrichtung bewegen können. Es
ist besonders günstig, wenn an den Enden, sowohl bei
einem Schiebesitz als auch bei einem Ende, an dem
Innenrohr und Außenrohr miteinander verbunden sind,
das Innenrohr nicht gewellt ist. So wird eine
unmittelbare Zuleitung großer Abgasmengen in den Raum
zwischen Außenrohr und Innenrohr vermieden.
Vorzugsweise besitzt das Innenrohr eine geringere
Wandstärke als das Außenrohr. Ein gewelltes Innenrohr
kann eine ganz besonders geringe Wandstärke besitzen,
da die Wellung in der Längsrichtung eine deutliche
Versteifung des Rohres bewirkt.
Das Innenrohr kann vorzugsweise auch aus einem
wärmefesteren Material als das Außenrohr bestehen. Bei
der vorgesehenen Verwendung wird die Maximaltemperatur
an dem Innenrohr erreicht. Selbst wenn das Außenrohr
bereichsweise mit dem Innenrohr in Kontakt steht,
werden sich an diesem keine derart hohen Temperaturen
einstellen. Ein Grund dafür ist in der besseren
Kühlung des Außenrohres und dem erheblich geringeren
Wärmeübergang an einer Berührungsstelle zwischen zwei
Metallteilen im Verhältnis zu einem Wärmeübergang im
Vollmaterial zu suchen.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren
zum Herstellen einer gebogenen, doppelwandigen
Abgasleitung, wie sie im vorhergehenden beschrieben
wurde, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr in
das Außenrohr geschoben wird; und daß zum Biegen der
Abgasleitung ein Dorn mit einem der Wellung des
Innenrohrs angepaßten Kopf in die Abgasleitung
eingeführt wird.
Bisher forderte speziell das Biegen doppelwandiger
Abgasleitungen ein sehr aufwendiges Verfahren. Zum
Zwecke des Biegens mußte der Spalt zwischen dem
Innenrohr und dem Außenrohr mit einem Füllmaterial,
z. B. Sand, gefüllt werden, um die Position des
Innenrohres beim Biegen festzulegen. Das Befüllen und
das Entleeren des Zwischenraumes mit dem Füllmaterial
war äußerst zeit- und damit kostenaufwendig. Ganz
besonders bei Abgasleitungen mit Schiebesitzen mußte
beim Entleeren sehr sorgfältig vorgegangen werden, um
ein Verschmutzen und damit ein Verklemmen des
Schiebesitzes zu verhindern. Mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren zur Herstellung ist ein derartiges Befüllen
mit einem Füllmaterial vor dem Biegen nicht mehr
nötig, da das Innenrohr mit seiner Wellung eine innere
Aussteifung des Außenrohrs bildet. Mindestens ein Dorn
mit einem kugeligen Kopf kann zum Biegen in den
vorgesehenen Biegebereich eingebracht werden und
verhindert beim Biegen ein Zusammendrücken von
Innenrohr und Außenrohr. Der kugelige Kopf des Dorns
ist in seiner äußeren Form an die Wellung des
Innenrohrs angepaßt, somit bleibt die Wellung des
Innenrohrs im Bereich der Biegung erhalten.
Vorzugsweise wird nur ein Dorn als Wellungsabstützung
in den Biegebereich eingebracht, und die Biegekräfte
werden über ein Angreifen von außen auf die
Abgasleitung übertragen. Nach dem Biegen muß nur noch
der Dorn entfernt werden.
Die erfindungsgemäße Abgasleitung besitzt neben den
Vorteilen bei der Herstellung auch Vorteile, die sich
im Betrieb positiv bemerkbar machen. Der Wärmeverlust
während der Kaltstartphase ist besonders gering, denn
obwohl durch die Wellung des Innenrohrs die Fläche des
Innenrohrs vergrößert wird, wird das von dem Abgas zu
erwärmende Volumen des Innenrohrs eher geringer, da
das Innenrohr mit einer deutlich geringeren Wandstärke
hergestellt werden kann. Im Lastbetrieb ergeben sich
durch die zumindest streckenweise Anlage von Bereichen
des Innenrohrs an das Außenrohr etwas größere
Wärmeverluste des Abgases an die Umgebung als bei
üblichen Abgasleitungen, was in diesem Betriebszustand
sogar wünschenswert ist.
Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden
nachfolgend anhand eines teilweise schematisiert
dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher
erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 Draufsicht auf einen Horizontalschnitt durch
eine Abgasleitung;
Fig. 2 Querschnitt durch eine erfindungsgemäße
Abgasleitung mit Außenrohr und gewelltem
Innenrohr entlang der Linie 1-1 von Fig. 1.
Fig. 1 stellt eine doppelwandige Abgasleitung 2 dar,
wie sie beispielsweise in einem Kraftfahrzeug zwischen
Motor und Katalysator Verwendung finden kann. Die
Abgasleitung 2 besteht aus einem Außenrohr 4, dessen
geschnitten dargestellter Bereich in Fig. 1
schraffiert ist, und einem gewellten Innenrohr 6. Die
Wellung des Innenrohrs 6 wird durch punktierte Linien
8 dargestellt, die die Wellenberge 14 des
geschnittenen Innenrohrs 6 markieren.
Im kalten Zustand liegt das Innenrohr 6 entlang der
Wellberge 14 an der Innenseite des Außenrohrs 4 an.
Die Anlagekräfte sind so gering, daß mindestens in den
nichtgebogenen Leitungsbereichen in Längsrichtung eine
Relativbewegung zwischen dem Außenrohr 4 und dem
Innenrohr 6 möglich ist. Das Innenrohr 6 kann auch so
dimensioniert sein, daß es in den nicht gebogenen
Leitungsbereichen nicht an dem Außenrohr 4 anliegt und
in einem Biegungsbereich eine Anlage besteht, die z. B.
beim Biegen durch die Querschnittsverformung von
Außenrohr 4 und Innenrohr 6 zustandekommt.
Im linken Endbereich der Abgasleitung 2 ist eine feste
Verbindung zwischen dem Innenrohr 6 und dem Außenrohr
4 dargestellt. Das Innenrohr 6 ist aufgeweitet, liegt
ungewellt auf eine gewisse Länge an dem Außenrohr 4 an
und ist mit Punktschweißungen an diesem befestigt. Die
halbkreisförmigen Linien in der Fig. 1 nahe den
gepunkteten Linien zeigen das Auslaufen der Wellung
des Innenrohrs 6 zu dem ungewellten Endbereich an.
Demgegenüber zeigt der rechte Endbereich der
Abgasleitung einen Schiebesitz des Innenrohrs 6 in dem
Außenrohr 4. Das Innenrohr 6 ist hier ebenfalls
ungewellt und gerade so groß, daß es mit dem Außenrohr
4 in Anlage kommt, jedoch gegen dieses in
Längsrichtung leicht verschoben werden kann.
Längenunterschiede des Außenrohrs 4 und des Innenrohrs
6, wie sie beispielsweise bei thermischen
Längenänderungen während des Betriebes häufig
auftreten, können in einem solchen Schiebesitz leicht
kompensiert werden, so daß Spannungen, welche das
Bauteil zerstören könnten, nicht auftreten können.
Der Luftspalt 12 zwischen dem Außenrohr 4 und dem
Innenrohr 6 ist bei einer derartigen Ausbildung der
Endbereiche von dem abgasführenden Bereich so
abgeschlossen, daß nur in geringem Maße Abgase in den
Luftspalt 12 gelangen können.
Wenn auch in der Fig. 1 die Wandstärke des Außenrohrs
4 zum Zweck einer deutlicheren Darstellung übertrieben
dick dargestellt ist, so trifft es dennoch zu, daß die
Wandstärke des Innenrohrs 6 wesentlich dünner gewählt
werden kann als die des Außenrohrs 4. Durch die in
Längsrichtung verlaufenden Berge und Täler der Wellung
erfährt das Innenrohr 6 eine deutliche
Stabilitätsverbesserung, demzufolge können für ein
gewelltes Innenrohr 6 noch wesentlich geringere
Wandstärken vorgesehen werden, als das bei üblichen
doppelwandigen Abgasleitungen möglich war. Die
minimale Wandstärke wird nur durch die Abrasion des
Abgases bzw., falls eine Biegung vorgesehen ist, durch
die Zugspannung im Bereich der Biegung bestimmt.
Während für das Außenrohr 4 häufig ein übliches
Stahlblech ausreichend ist, wird üblicherweise für das
Innenrohr ein korrosionsbeständigeres und
wärmebeständigeres Material verwendet. Durch die
geringere Wandstärke ist eine Material- und
Gewichtsersparnis möglich.
In Fig. 2 ist der Querschnitt durch die Abgasleitung 2
entlang der Linie 1-1 dargestellt. Man erkennt das
Außenrohr 4 und das gewellte Innenrohr 6 das mit den
Wellbergen 14 die Innenseite des Außenrohr 4 berührt.
Der Außenumfang des Innenrohrs 6 ist so bemessen, daß
mindestens in den Bereichen, die nicht gebogen wurden,
eine Relativbewegung zwischen Innenrohr 6 und
Außenrohr 4 leicht möglich ist.
Verwendet man statt eines in seinem Querschnitt
gewellten Innenrohrs 6 ein längsgewelltes Innenrohr,
dessen Berge und Täler radial umlaufen und in
Längsrichtung aufeinanderfolgen, kann man zu einem
deutlich einfacheren Herstellungsverfahren übergehen.
Außenrohr 4 und Innenrohr 6 müssen vor dem Biegen
nicht miteinander vereinigt werden, statt dessen kann
das Außenrohr 4 alleine gebogen werden. Das
längsgewellte Innenrohr 6 ist von einer solchen
Flexibilität, daß es ohne große Schwierigkeiten nach
dem Biegen in das Außenrohr 4 eingezogen werden kann,
und in diesem an beiden Enden befestigt werden kann.
Aufgrund dieser Längselastizität müssen auch
Längenänderungen im Betrieb nicht durch einen
Schiebesitz ausgeglichen werden. Beim Biegen des
Außenrohrs 4 muß lediglich besonders darauf geachtet
werden, daß sich im Biegebereich der
Rohrinnenquerschnitt nicht wesentlich verändert, da
das längsgewellte Innenrohr in seinem Querschnitt nur
eine relativ geringe Flexibilität besitzt und so das
Einschieben in das Außenrohr erheblich erschwert
würde.
Claims (7)
1. Doppelwandige Abgasleitung (2) mit einem Außenrohr
(4) und einem Innenrohr (6),
dadurch gekennzeichnet,
daß das Innenrohr (6) mit gewelltem Querschnitt
vorgesehen ist und daß das Innenrohr (6)
mindestens auf einem Teil seiner Länge an dem
Außenrohr anliegt.
2. Abgasleitung (2) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie eine Biegung aufweist und daß das Innen
rohr (6) im Bereich der Biegung an dem Außenrohr
(4) anliegt.
3. Abgasleitung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Innenrohr an einem Ende der Abgasleitung
(2) an dem Außenrohr (4) befestigt ist.
4. Abgasleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Innenrohr (6) an einem Ende oder beiden
Enden der Abgasleitung (2) mit Schiebesitz (10) in
dem Außenrohr (4) angeordnet ist.
5. Abgasleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Innenrohr (6) eine geringere Wandstärke
als das Außenrohr (4) besitzt.
6. Abgasleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Innenrohr (6) aus einem wärmefesteren
Material als das Außenrohr (4) besteht.
7. Verfahren zum Herstellen einer doppelwandigen Ab
gasleitung (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Innenrohr (6) in das Außenrohr (4) geschoben wird;
und daß zum Biegen der Abgasleitung (2) ein Dorn mit einem der Wellung des Innenrohrs (6) ange paßten Kopf in die Abgasleitung (2) eingeführt wird.
daß das Innenrohr (6) in das Außenrohr (4) geschoben wird;
und daß zum Biegen der Abgasleitung (2) ein Dorn mit einem der Wellung des Innenrohrs (6) ange paßten Kopf in die Abgasleitung (2) eingeführt wird.
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