EP0919704B1 - Method for manufacturing an air gap insulated exhaust pipe junction - Google Patents
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- EP0919704B1 EP0919704B1 EP98120557A EP98120557A EP0919704B1 EP 0919704 B1 EP0919704 B1 EP 0919704B1 EP 98120557 A EP98120557 A EP 98120557A EP 98120557 A EP98120557 A EP 98120557A EP 0919704 B1 EP0919704 B1 EP 0919704B1
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Definitions
- the invention relates to a method for producing a an air gap insulated exhaust pipe provided with a branch pipe according to the preamble of claim 1.
- a generic method is known from DE 195 11 514 C1. This includes the manufacture of an air-gap insulated exhaust pipe with a branch pipe in connection with a Assembly of several exhaust pipes to form an exhaust manifold, the one consisting of two interconnected half shells existing outer jacket of the branched exhaust pipe common Part of all exhaust pipes of the exhaust manifold is. So the inner pipes of the exhaust pipes are first fitted with a sliding seat put on top of each other and in a complex way with special Spacer rings, which later in the operation after assembly evaporate from the exhaust system. The plug-in will then placed in a lower shell of the outer casing and in more elaborate Positioned way.
- the transposition the complex positioning of the inner tubes in the lower shell of the outer jacket by means of the spacer rings and the manufacturing-related tolerances in the inner tube formation as well as the associated from assembly to assembly different relative positions of the inner ear in each and outside of the outer shell to the outer shell can be without further on a single branched inner tube with one out Execute two outer shells.
- the inner tube with the branch pipe is within the stated manufacturing tolerances practically never with the desired defined revolving Air gap inside the outer jacket.
- the outer jacket is just because of the branched exhaust pipe spatially very expansive, which in the manufacture the half-shells did not branch out by deep drawing can be and thus for a contoured training of a Outer jacket with regard to the design of the inner tube is not is suitable. However, this requires considerable space and increases the weight of the branched exhaust pipe. In addition, this is the formation of a defined uniformly uniform Air gap cannot be reached in the branched exhaust pipe.
- WO 95/31635 A1 describes the production of an exhaust manifold known, which is bent from a tube end, the curved ends serve as inlets that are at the outlets of the Cylinder head are attached.
- the straight pipe blank becomes by means of fluidic internal high pressure in a corresponding Tool formed a branch that the outlet of the exhaust manifold represents and is connected to the further exhaust line.
- tube material ends up in the forming area of the branch additionally pushed axially.
- US 5,363,544 shows the production of a curved one Exhaust pipe from a double pipe, being in a two-stage Process by means of internal high pressure the outer pipe of the double pipe is expanded to form an air gap.
- the invention has for its object a generic To further develop methods in a simple manner an air gap-insulated exhaust pipe with a branch connector exactly can be produced reproducibly, which is easy to install is without affecting the dimensional accuracy with regard to Air gap width and the relative position of the inner tube to the outer jacket.
- the invention is a simple manufacture of the branched Exhaust pipe made of two nested welded or drawn and, if necessary, pre-bent double tubes cut to length from the rod possible.
- a complex deep drawing of half-shells, that form the outer jacket, as well as the very complicated welding of the two half shells, especially in the transition of the Flare seam to the circular seam in the area of the branch connector, in which Transition occurs due to edge radii a gusset to ensure the durability of the weld can only be welded with filler material.
- the branched according to the invention is also Exhaust pipe more durable than the conventional solutions because the exhaust pipe only at the connection points to others Components of the exhaust system during the welding process receives which in a simple manner in the form of revolving mechanically highly resilient fillet welds can be formed. The failure-prone flared seams in the well-known exhaust pipe omitted.
- Fig. 1 are two straight tubes of equal length shown with an approximately circular cross-section, the one tube, the inner tube 1, in the other tube, the outer tube 2, with complete coverage of the inner tube 1 with little Game in the direction of the arrow.
- the inner tube 1 has at both ends 3.4 over the circumference evenly each distributes a ring of holes 5 with through holes 6.
- the two tubes 1 and 2 can also be bent and one of the Circular cross-section have a different cross-section, however they must be pluggable.
- the sealing head protrudes 13 with a conically tapering in the direction of insertion Section 14 so far into the double tube that the Perforated ring 5 of the inner tube 1 is covered.
- the conical section 14 of the sealing head 13 carries on branch facing Side of the rim 5 a radially expandable sealing element 15, for example an elastic O-ring used for sealing with high force fluid high pressure sealing on the inside 16 of the inner tube 1 is pressed.
- a radially expandable sealing element 15 for example an elastic O-ring used for sealing with high force fluid high pressure sealing on the inside 16 of the inner tube 1 is pressed.
- On branch facing away Side of the rim 5 is the circumference of the conical section 14 dimensioned larger than the inner circumference of the inner tube 1, so that the double pipe there when inserting the sealing head 13 to form a radially acting metallic seal is squeezed radially for the double tube.
- the first hydroforming tool 8 After closing the first hydroforming tool 8 is a pressure fluid over one in the axial punch and the associated Sealing head 13 extending pressure fluid channel 19 in the Interior 20 of the inner tube 1 initiated and under high pressure set.
- the double tube expands, which double-walled tube material in the pocket 12 of the counter stamp 10 is pushed into it.
- the first counter-punch 10 by means of a controllable hydraulic cylinder checked out in branch 9, whereby by means of the internal high pressure from the double pipe a double wall Branch connector 21 is blown out, which end is supported by the counter-punch 10 and laterally on the Wall of the branch 9 hugs the shape.
- the process reliability during the first forming process becomes significant promoted by sufficient supply of pipe material.
- By Introduction of an axial force on the pipe ends of the double pipe by means of the axial ram over the on the front side 18 of the Double pipe ring collar 17 of the sealing heads 13 can Pipe material of the double pipe to branch 9, i.e. the location of the greatest degree of deformation are pushed.
- the amount of pushing force to be set can be adjusted as required the blow-out length changes reliably within certain limits be, whereby a high adaptability of the exhaust pipe to the each different available space conditions achieved can be. It is done safely by pushing no noticeable thinning of the wall thickness, which makes good Installation conditions when connecting to another component is guaranteed.
- the pressure fluid is released and out led out of the branched double pipe, after which the first forming tool 8 is opened and the branched double tube is removed becomes.
- the engraving 24 is such trained that the double tube at its end portions of the Engraving 24 held in a game fit and between the two Ends all around and consistently of one cylindrical expansion coaxial to the double tube 26 surrounded is.
- the branch connector 21 is located in a branch 27 of the engraving 24, which corresponds to the expansion space 26 by approximately the same Dimension surrounds the branch connector 21.
- Branch 27 is a second counter-stamp 28 arranged, in its end face 29 corresponding to the counter punch 10 of the first forming tool 8 trained pocket 34 the bottle neck-like Bulge 31 of the branch connector 21 added with little play is.
- the now following second forming process according to FIG. 4 is the forming tool 25 closed and the double pipe on again both ends through sealing heads 30 of axial punches forming a metallic seal and crushing the Sealed pipe ends, but in such a way that the ring of holes 5 one Internal high pressure remains freely accessible.
- Pressurized fluid channels 32 are now in the interior 20 of the inner tube 1 a pressure fluid is introduced and placed under high pressure.
- the outer tube 2 Due to the free perforated ring 5, the outer tube 2 is direct pressurized, causing it to expand into the expansion space 26 is expanded into and engages in the engraving 24 of the forming tool 25 and the wall of the branch 27 in line with the contour invests.
- the counter-punch 28 is relentlessly supported on the outside and thus remains unchanged during the expansion its support position without evading radially outwards, whereby the not bulged area of the end face 22 of the branch connector 21 on the facing end face 29 of the counter-stamp 28 creates.
- the second deformation of the exhaust pipe results in the lifting the outer tube 2 from the inner tube 1 this one evenly between the pinched ends all around surrounding gap, the So-called air insulation gap 33, which is in its Width is dimensioned completely constant, being in its course the contour of the inner tube 1 follows exactly.
- the inner tube 1 remains between its interior due to the pressure equalization 20 and the gap 33 undeformed during the second forming.
- the pressure fluid is released from the almost finished air gap insulated exhaust pipe led out, after which the second forming tool 25 is opened and the exhaust pipe is removed.
- the cap region 23 of the branch connector 21 to form a through opening 35, the interior 20 of the inner tube 1 with the external environment of the air-gap insulated exhaust pipe connects, for example cut off by sawing or laser cutting.
- the bottle neck-like design of the end face 22 then remains a short cylindrical portion 36 in which a clamping of the tube walls is still present, so that too after trimming, no change in the relative position of the inner tube 1 to the outer tube 2 can be done.
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mit
einem Abzweigstutzen versehenen luftspaltisolierten Abgasrohres
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a method for producing a
an air gap insulated exhaust pipe provided with a branch pipe
according to the preamble of
Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der DE 195 11 514 C1 bekannt. Darin ist die Herstellung eines luftspaltisolierten Abgasrohres mit einem Abzweigstutzen im Zusammenhang mit einem Zusammenbau von mehreren Abgasrohren zu einem Abgaskrümmer beschrieben, wobei der aus zwei miteinander verbundenen Halbschalen bestehende Außenmantel des verzweigten Abgasrohres gemeinsamer Bestandteil aller Abgasrohre des Abgaskrümmers ist. So werden die Innenrohre der Abgasrohre zuerst mit Schiebesitz aufeinandergesteckt und in aufwendiger Weise mit speziellen Distanzringen versehen, die später nach dem Zusammenbau im Betrieb der Abgasanlage verdampfen. Der Steckverbund wird danach in eine Unterschale des Außenmantels eingelegt und in aufwendiger Weise positioniert. Da einerseits die mit Fertigungstoleranzen behafteten Einzelrohre gegeneinander verschieblich sind und aufgrund der Montagearbeit von Steckverbund zu Steckverbund unterschiedliche Stecklängen aufweisen und andererseits die Distanzringe zum einen selbst Fertigungstoleranzen unterworfen sind und zum anderen aufgrund ihrer Gestaltung relativ zur Ausbildung der Unterschale selten umlaufend an dieser anliegen, ist die Fertigung des gesamten Abgaskrümmers allein schon unter diesen Aspekten Toleranzen unterworfen. Eine exakte Reproduzierbarkeit gibt es dabei nicht. Hierbei ist beim Zusammenbau darauf zu achten, daß eine bestimmte minimale Stecklänge eingehalten wird, damit die Einzelinnenrohre nicht auseinanderrutschen. Diese Einhaltung erfordert Augenmaß und damit erheblichen Aufwand. Bei dem Teiletransfer zur Schweißstation können ebenfalls Erschütterungen und zentrifugale Kräfte auftreten, die zu einer nochmaligen Verschiebung der Einzelinnenrohre zueinander und zur Unterschale des Außenmantels, wobei dies gar zur Auflösung des Steckverbundes führen kann. Die Transponierung der aufwendigen Positionierung der Innenrohre in der Unterschale des Außenmantels mittels der Distanzringe und die fertigungstechnisch bedingten Toleranzen in der Innenrohrausbildung sowie die damit verbundene von Zusammenbau zu Zusammenbau jeweils unterschiedliche relative Lage des Innerohres im und außerhalb des Außenmantels zum Außenmantel läßt sich ohne weiteres auf ein einzelnes verzweigtes Innenrohr mit einem aus zwei Halbschalen bestehenden Außenmantel ausführen. Das Innenrohr mit dem Abzweigstutzen liegt bei den genannten Fertigungstoleranzen praktisch nie mit dem gewünschten definierten umlaufenden Luftspalt innerhalb des Außenmantels. Aufgrund des Rückspringverzuges der beiden Blechhalbschalen nach dem Tiefziehen liegen die beiden Halbschalen von alleine nicht durchgehend satt und damit spaltfrei aneinander an. In der Schweißstation wird daher die Oberschale des Außenmantels auf die Unterschale gesetzt und an dieser angepreßt. Auch hierbei kommt es zu Erschütterungen des Steckverbundes bzw. der Verschiebung der Relativlage des verzeigten Innenrohres im Außenmantel. Schließlich werden die Schalen des Außenmantels miteinander laserverschweißt. Nach Aufhebung der Anpressung wirken dann aufgrund der Nichtgleichförmigkeit der Anlageflächen der Halbschalen auf die Schweißnaht erhebliche Zugkräfte, was die Dauerbelastbarkeit des Zusammenbaus, insbesondere des Außenmantels herabsetzt und im Betrieb des Abgasstranges gar zu einem Versagen des Bauteils führen kann. Auch ist die Verschweißung der Halbschalen unter Bildung einer Bördelnaht relativ aufwendig, insbesondere, da beim Übergang zum Ausschnitt des Außenmantels für den Abzweigstutzen des Innenrohres aufgrund von Kantenradien ein Dreieckszwickel entsteht, der zur Prozeßsicherheit zugeschweißt werden muß, was in der Praxis in sinnvoller Weise nur unter Zuhilfenahme eines Zusatzwerkstoffes geht. Auch ist die Bördelnaht zudem durch ihre Gestaltung begrenzt mechanisch belastbar. Für die Festlegung des Innenrohres am Außenmantel ist zusätzlich eine Verschweißung unter Bildung einer Rundnaht, d.h. einer umlaufenden Kehlnaht im Endbereich des Abzweigstutzens erforderlich, wobei das Ende des Innenrohres des Stutzens gegenüber der Öffnung des Außenmantels etwas zurückversetzt liegt. Der Außenmantel ist im übrigen gerade wegen des verzweigten Abgasrohres räumlich sehr ausladend ausgebildet, die bei der Herstellung der Halbschalen durch Tiefziehen keine Verzweigung erzielt werden kann und somit für eine konturtreue Ausbildung eines Außenmantels bezüglich der Gestaltung des Innenrohres nicht tauglich ist. Dies erfordert jedoch erheblichen Bauraum und erhöht das Gewicht des verzweigten Abgasrohres. Zudem ist dadurch die Ausbildung eines definierten einheitlich gleichförmigen Luftspaltes beim verzweigten Abgasrohr nicht erreichbar.A generic method is known from DE 195 11 514 C1. This includes the manufacture of an air-gap insulated exhaust pipe with a branch pipe in connection with a Assembly of several exhaust pipes to form an exhaust manifold, the one consisting of two interconnected half shells existing outer jacket of the branched exhaust pipe common Part of all exhaust pipes of the exhaust manifold is. So the inner pipes of the exhaust pipes are first fitted with a sliding seat put on top of each other and in a complex way with special Spacer rings, which later in the operation after assembly evaporate from the exhaust system. The plug-in will then placed in a lower shell of the outer casing and in more elaborate Positioned way. Because, on the one hand, those with manufacturing tolerances afflicted individual tubes are displaceable against each other and due to the assembly work from connector to connector have different insertion lengths and on the other hand the Spacers, on the one hand, are subject to manufacturing tolerances and because of their design, they are relative to training the lower shell rarely fits all around it, the production of the entire exhaust manifold is already under subject to tolerances. Exact reproducibility there is no such thing. This is during assembly to ensure that a certain minimum insertion length is observed so that the individual inner tubes do not slide apart. This compliance requires a sense of proportion and therefore considerable Expenditure. When transferring parts to the welding station vibrations and centrifugal forces also occur, the one to another shift of the individual inner tubes to each other and to the lower shell of the outer jacket, this even can lead to the disassembly of the connector. The transposition the complex positioning of the inner tubes in the lower shell of the outer jacket by means of the spacer rings and the manufacturing-related tolerances in the inner tube formation as well as the associated from assembly to assembly different relative positions of the inner ear in each and outside of the outer shell to the outer shell can be without further on a single branched inner tube with one out Execute two outer shells. The inner tube with the branch pipe is within the stated manufacturing tolerances practically never with the desired defined revolving Air gap inside the outer jacket. Because of the springback delay of the two sheet metal half-shells after deep drawing the two half-shells are not continuous on their own full and therefore gap-free. In the welding station is therefore the upper shell of the outer shell on the lower shell set and pressed against this. This also causes vibrations the plug connection or the displacement of the relative position of the shown inner tube in the outer jacket. Finally the shells of the outer jacket are laser welded together. After releasing the contact then act the non-uniformity of the contact surfaces of the half-shells the weld seam has considerable tensile forces, which makes it durable assembly, especially the outer jacket and even failure of the component during operation of the exhaust line can lead. Also the welding of the half shells to form a flared seam relatively expensive, in particular, because at the transition to the cutout of the outer jacket for the branch connector of the inner tube due to edge radii Triangular gusset is created, which is welded closed for process reliability must be what in practice only makes sense with the help of a filler material. The flared seam is also also limited mechanical strength due to their design. For the fixing of the inner tube on the outer jacket is additional a weld to form a circular seam, i.e. one all-round fillet weld required in the end area of the branch connector, the end of the inner tube of the nozzle opposite the opening of the outer casing is set back somewhat. The outer jacket is just because of the branched exhaust pipe spatially very expansive, which in the manufacture the half-shells did not branch out by deep drawing can be and thus for a contoured training of a Outer jacket with regard to the design of the inner tube is not is suitable. However, this requires considerable space and increases the weight of the branched exhaust pipe. In addition, this is the formation of a defined uniformly uniform Air gap cannot be reached in the branched exhaust pipe.
Aus der WO 95/31635 A1 ist die Herstellung eines Abgaskrümmers bekannt, der aus einem Rohr endseitig gebogen ist, wobei die gebogenen Enden als Einlässe dienen, die an den Auslässen des Zylinderkopfes befestigt sind. Aus dem geraden Rohrrohling wird mittels fluidischem Innenhochdruck in einem entsprechenden Werkzeug ein Abzweig ausgeformt, der den Auslaß des Abgaskrümmers darstellt und mit dem weiteren Abgasstrang verbunden ist. Bei der Ausformung wird an den Enden Rohrmaterial in den Umformbereich des Abzweiges zusätzlich axial nachgeschoben.WO 95/31635 A1 describes the production of an exhaust manifold known, which is bent from a tube end, the curved ends serve as inlets that are at the outlets of the Cylinder head are attached. The straight pipe blank becomes by means of fluidic internal high pressure in a corresponding Tool formed a branch that the outlet of the exhaust manifold represents and is connected to the further exhaust line. During the molding process, tube material ends up in the forming area of the branch additionally pushed axially.
Schließlich zeigt die US 5,363,544 die Herstellung eines gebogenen Abgasrohres aus einem Doppelrohr, wobei in einem zweistufigen Verfahren mittels Innenhochdruck das Außenrohr des Doppelrohres unter Ausbildung eines Luftspaltes aufgeweitet wird.Finally, US 5,363,544 shows the production of a curved one Exhaust pipe from a double pipe, being in a two-stage Process by means of internal high pressure the outer pipe of the double pipe is expanded to form an air gap.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren dahingehend weiterzubilden, daß in einfacher Weise ein luftspaltisoliertes Abgasrohr mit einem Abzweigstutzen exakt reproduzierbar hergestellt werden kann, das leicht verbaubar ist ohne Beeinträchtigung der Maßhaltigkeit hinsichtlich Luftspaltbreite und der Relativlage des Innenrohres zum Außenmantel.The invention has for its object a generic To further develop methods in a simple manner an air gap-insulated exhaust pipe with a branch connector exactly can be produced reproducibly, which is easy to install is without affecting the dimensional accuracy with regard to Air gap width and the relative position of the inner tube to the outer jacket.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches
1 gelöst.The task is according to the invention by the features of the
Dank der Erfindung ist eine einfache Herstellung des verzweigten Abgasrohres aus zwei ineinandergesteckten geschweißten oder gezogenen und von der Stange abgelängten ggf. vorgebogenen Doppelrohren möglich. Ein aufwendiges Tiefziehen von Halbschalen, die den Außenmantel bilden, sowie das sehr komplizierte Verschweißen der beiden Halbschalen, insbesondere im Übergang der Bördelnaht zur Rundnaht im Bereich des Abzweigstutzens, in welchem Übergang aufgrund von Kantenradien ein Zwickel entsteht, der zur Gewährleistung einer Dauerbelastbarkeit der Schweißnaht nur mit Zusatzwerkstoff zugeschweißt werden kann, entfällt. Des weiteren ist kein montageaufwendiger fehler- und toleranzbehafteter Zusammenbau des Abgasrohres notwendig, vielmehr ist die Relativlage der beiden ineinandergesteckten Rohre zueinander schon nach der ersten Umformung aufgrund der endseitigen Klemmung der Rohre aneinander festgelegt. Auf Distanzringe kann verzichtet werden, da der Luftisolierspalt sich nicht aufgrund einer geeigneten Montage des Innenrohres im Außenmantel ergibt, sondern aufgrund der zweiten Umformung des Doppelrohres von selbst zustandekommt. Infolge der festgelegten nicht-verschieblichen Relativlage der beiden Rohre nach der ersten Umformung zueinander und der Abhängigkeiten der Luftisolierspaltbreite lediglich von der Gravurgestaltung und von der Vollständigkeit der Umformung, die beide ohne weiteres beherrschbar sind, ist eine konstante Spaltbreite in einfacher Weise gewährleistet. Aufgrund dessen, daß der Abzweigstutzen aus einem doppelwandigen aus Innenrohr und Außenrohr - dem späteren Außenmantel - bestehenden Rohr während des ersten Innenhochdruckumformprozesses ausgeformt wird, stellt sich das Außenrohr verfahrensbedingt konturgerecht auf das Innenrohr ein. Dadurch wird beim verzweigten Abgasrohr und somit beim gesamten Abgasstrang gegenüber von tiefgezogenen Halbschalen Bauraum, Material und Gewicht eingespart. Aufgrund der Konturentsprechung des Außenrohres kann die Länge des Abzweigstutzens relativ kurz bemessen werden, so daß beim Anschluß des verzweigten Abgasrohres an weitere Abgasstrangbauteile im Bereich des Abzweigstutzens eine Kompaktierung, also eine Bauraumgewinnung dieses Zusammenbaus erreicht werden kann. Auch ist das erfindungsgemäße verzweigte Abgasrohr dauerbelastbarer als die konventionellen Lösungen, da das Abgasrohr lediglich an den Verbindungsstellen zu anderen Bauteilen des Abgasstranges beim Verbindungsvorgang Schweißnähte erhält, welche in einfacher Weise in Form von umlaufenden mechanisch hoch belastbaren Kehlnähten ausgebildet werden können. Die versagensanfälligen Bördelnähte beim bekannten Abgasrohr entfallen. Schließlich wird aufgrund der mit dem Verfahren der Innenhochdruckumformung verbundenen Toleranzfreiheit eine exakte Reproduzierbarkeit des verzweigten Abgasrohres ermöglicht und damit eine Automatisierung der Abgasrohrherstellung ohne ausbessernde Nacharbeiten erleichtert. Aufgrund der Klemmung der Einzelrohrwandungen an beiden Abgasrohrenden kann das Abgasrohr dort leicht an andere Bauteile angekoppelt werden, ohne daß die Relativlage des Innenrohres zum Außenrohr und die Spaltbreite sich ändert. Am Ende des Abzweigstutzens kann das Innenrohr - falls gewünscht - in einfacher Weise auf ein anderes Innenrohr eines weiteren luftspaltisolierten Abgasrohres gesteckt werden und dort im Schiebesitz angeordnet bleiben, während die Außenrohre der beiden Abgasrohre unter Bildung einfacher umlaufender Kehlnähte miteinander verschweißt werden. Das erfindungsgemäße Abgasrohr ist somit aufgrund seiner Bauraumvorteile und seiner problemlosen und sicheren bzw. schnell zu ermöglichenden Anbindung an weitere Bauteile des Abgasstranges leicht verbaubar. Thanks to the invention is a simple manufacture of the branched Exhaust pipe made of two nested welded or drawn and, if necessary, pre-bent double tubes cut to length from the rod possible. A complex deep drawing of half-shells, that form the outer jacket, as well as the very complicated welding of the two half shells, especially in the transition of the Flare seam to the circular seam in the area of the branch connector, in which Transition occurs due to edge radii a gusset to ensure the durability of the weld can only be welded with filler material. Of there is also no faulty and tolerance-prone assembly Assembly of the exhaust pipe necessary, rather that Relative position of the two nested pipes to each other after the first deformation due to the clamping at the end of the pipes fixed to each other. Can on spacer rings to be dispensed with, since the air insulation gap does not a suitable installation of the inner tube in the outer jacket, but due to the second forming of the double tube from comes about itself. As a result of the fixed non-movable Relative position of the two tubes after the first forming to each other and the dependencies of the air insulation gap width only from the engraving design and completeness the forming, both of which are easily controllable ensures a constant gap width in a simple manner. Because of the fact that the branch pipe from a double-walled from inner tube and outer tube - the later outer jacket - existing pipe during the first hydroforming process is formed, the outer tube arises due to the process conform to the inner tube. As a result, the branched exhaust pipe and thus across the entire exhaust line of deep-drawn half-shells construction space, material and weight saved. Due to the contour of the outer tube can measure the length of the branch connector relatively short be so that when connecting the branched exhaust pipe further exhaust line components in the area of the branch connector one Compacting, i.e. gaining space for this assembly can be achieved. The branched according to the invention is also Exhaust pipe more durable than the conventional solutions because the exhaust pipe only at the connection points to others Components of the exhaust system during the welding process receives which in a simple manner in the form of revolving mechanically highly resilient fillet welds can be formed. The failure-prone flared seams in the well-known exhaust pipe omitted. Finally, due to the process the freedom from tolerance associated with hydroforming enables exact reproducibility of the branched exhaust pipe and thus automation of exhaust pipe production relieved without touching up. Because of the clamp the single pipe walls on both exhaust pipe ends can do that Exhaust pipe can be easily coupled to other components there, without the relative position of the inner tube to the outer tube and the The gap width changes. At the end of the branch connector, this can be done Inner tube - if desired - in a simple way to another Inner pipe of another air-gap insulated exhaust pipe be plugged in and remain there in the sliding seat, while the outer pipes of the two exhaust pipes are easier to form circumferential fillet welds are welded together. The exhaust pipe according to the invention is therefore due to its space advantages and its hassle-free and safe or fast to enable connection to other components of the exhaust system easy to install.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen
entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand
eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles
nachfolgend näher erläutert; dabei zeigt:
In Fig. 1 sind zwei geradlinig verlaufende gleichlange Rohre
mit annähernd kreisrundem Querschnitt dargestellt, wobei das
eine Rohr, das Innenrohr 1, in das andere Rohr, das Außenrohr
2, unter völliger Abdeckung des Innenrohres 1 mit geringem
Spiel in Pfeilrichtung hineingesteckt wird. Das Innenrohr 1
weist an seinen beiden Enden 3,4 über den Umfang gleichmäßig
verteilt jeweils einen Lochkranz 5 mit Durchgangslöchern 6 auf.
Die beiden Rohre 1 und 2 können auch gebogen sein und einen vom
Kreisquerschnitt abweichenden Querschnitt aufweisen, jedoch
müssen sie ineinandersteckbar sein.In Fig. 1 are two straight tubes of equal length
shown with an approximately circular cross-section, the
one tube, the
Nach der Ausbildung eines Steckverbundes der beiden Rohre 1 und
2 werden diese als Doppelrohr in die Gravur 7 eines ersten Innenhochdruck-Umformwerkzeuges
8 gemäß Fig. 2 eingelegt. Dieses
weist einen radialen Abzweig 9 von der Gravur 7 auf, in dem ein
Gegenstempel 10 geführt ist. Die Stirnseite 11 des Gegenstempels
10, die mittig eine Tasche 12 aufweist, liegt bündig zur
Gravur 7 und vor der ersten Umformung des Doppelrohres an diesem
konturtreu an. Zur Umformung wird das Doppelrohr beiderends
mittels zweier Dichtungsköpfe 13, die in die Enden des Doppelrohres
hineingeschoben werden und jeweils mit einem Axialstempel
starr verbunden sind, abgedichtet. Dabei ragt der Dichtungskopf
13 mit einem in Einführrichtung konisch sich verjüngenden
Abschnitt 14 soweit in das Doppelrohr hinein, daß der
Lochkranz 5 des Innenrohres 1 überdeckt wird. Der konische Abschnitt
14 des Dichtungskopfes 13 trägt auf abzweigzugewandter
Seite des Lochkranzes 5 ein radial aufspreizbares Dichtungselement
15, beispielsweise einen elastischen O-Ring, das zur Abdichtung
mit hoher Kraft fluidhochdruckdichtend an die Innenseite
16 des Innenrohres 1 gepreßt wird. Auf abzweigabgewandter
Seite des Lochkranzes 5 ist der Umfang des konischen Abschnittes
14 größer als der Innenumfang des Innenrohres 1 bemessen,
so daß das Doppelrohr dort beim Einschieben des Dichtungskopfes
13 unter Bildung einer radial wirkenden metallischen Dichtung
für das Doppelrohr radial gequetscht wird. Gleichzeitig wird
dadurch das Innenrohr 1 mit dem Außenrohr 2 ihre Relativlage
zueinander festlegend verklemmt, bzw. verpreßt. Der Dichtungskopf
13 weist am abzweigabgewandten Ende des konischen Abschnittes
14 einen Ringbund 17 auf, der in Gebrauchsstellung
des Dichtungskopfes 13 an der Stirnseite 18 des Doppelrohres
anliegt, wodurch eine axiale Dichtung für das Doppelrohr geschaffen
wird.After the formation of a plug-in connection of the two
Nach dem Schließen des ersten Innenhochdruck-Umformwerkzeuges 8
wird ein Druckfluid über einen im Axialstempel und dem zugehörigen
Dichtungskopf 13 verlaufenden Druckfluidkanal 19 in den
Innenraum 20 des Innenrohres 1 eingeleitet und unter Hochdruck
gesetzt. Gemäß Fig. 3 weitet sich das Doppelrohr auf, wobei das
doppelwandige Rohrmaterial in die Tasche 12 des Gegenstempels
10 hineinverdrängt wird. Gleichzeitig oder anschließend weicht
der erste Gegenstempel 10 mittels eines steuerbaren Hydraulikzylinders
kontrolliert nach außen im Abzweig 9 aus, wobei
mittels des Innenhochdruckes aus dem Doppelrohr ein doppelwandiger
Abzweigstutzen 21 ausgeblasen wird, welcher stirnseitig
vom Gegenstempel 10 abgestützt wird und sich seitlich an die
Wandung des Abzweiges 9 formgerecht anschmiegt. Durch den Gegenstempel
10 wird eine prozeßsichere Ausblasung des Abzweigstutzens
21 gewährleistet, wobei zudem aufgrund der dem Innenhochdruck
entgegenwirkenden aufstauenden Kraft des Gegenstempels
10 das Rohrmaterial des Doppelrohres an die Abzweigwandung
gepreßt wird, was zu einer entsprechend der ersten Gravur 7
formgetreuen Ausformung des Abzweigstutzens 21 mit hoher Außenkonturqualität
führt. Dadurch ergibt sich ein definierter reproduzierbarer
Anschluß an weitere Bauteile des Abgasstranges.After closing the
Aufgrund der im Gegenstempel 10 ausgebildeten mittigen Tasche
12 wird die Stirnseite 22 des doppelwandigen Abzweigstutzens 21
flaschenhalsartig durch den Innenhochdruck ausgebeult. Infolge
dieser Ausbeulung 31 der Stirnseite 22 wird eine radiale Klemmung
der Wandungen von Innenrohr 1 und Außenrohr 2 auch dort,
nämlich am Ende des Abzweigstutzens 21 erreicht, wonach trotz
späteren Beschnittes des Kappenbereiches 23 der Stirnseite 22
des Abzweigstutzens 21 durch die Klemmung die Positionierung
des Innenrohres 1 zum Außenrohr 2 festgelegt ist, auch wenn die
Enden des Doppelrohres schon beschnitten sind. Damit wird die
Gleichmäßigkeit der Spaltbreite des später erzeugten Luftisolierspaltes
gesichert. Falls eine feste Verbindung des Abzweigstutzens
21 mit einem weiteren Bauteil des Abgasstranges erreicht
werden soll, begünstigt die Ausbildung der Stirnseite 22
nach Beschnitt eine einfache Montage des luftspaltisolierten
Abgasrohres durch die Bündigkeit der aneinanderliegenden Rohrwandungen.Because of the central pocket formed in the
Die Prozeßsicherheit beim ersten Umformvorgang wird erheblich
gefördert durch ausreichendes Angebot an Rohrmaterial. Durch
Einleitung einer axialen Kraft auf die Rohrenden des Doppelrohres
mittels der Axialstempel über den an der Stirnseite 18 des
Doppelrohres anliegenden Ringbund 17 der Dichtungsköpfe 13 kann
Rohrmaterial des Doppelrohres zum Abzweig 9, also dem Ort des
größten Umformgrades hin nachgeschoben werden. Mit dem variabel
einzustellenden Maß der Nachschiebekraft kann je nach Bedarf
die Ausblaslänge prozeßsicher in gewissen Grenzen verändert
werden, wodurch eine hohe Anpaßbarkeit des Abgasrohres an die
jeweils vorliegenden unterschiedlichen Bauraumverhältnisse erreicht
werden kann. Es erfolgt durch das Nachschieben mit Sicherheit
keine spürbare Ausdünnung der Wandstärke, wodurch gute
Montagebedingungen bei der Verbindung mit einem weiterem Bauteil
gewährleistet ist. Wird das Rohrmaterial nicht nachgeschoben,
so ist es auf jeden Fall im Interesse der Prozeßsicherheit,
insbesondere der Dichtigkeit der Umformvorrichtung unumgänglich,
daß die Axialstempel mit den Dichtungsköpfen gemäß
der durch die Ausformung des Abzweigstutzens 21 erfolgen Verkürzung
des Doppelrohres nachgeführt werden müssen.The process reliability during the first forming process becomes significant
promoted by sufficient supply of pipe material. By
Introduction of an axial force on the pipe ends of the double pipe
by means of the axial ram over the on the
Nach der Ausformung des doppelwandigen Abzweigstutzens 21 aus
dem ursprünglich unverzweigten Doppelrohr durch den ersten Innenhochdruckumformvorgang
wird das Druckfluid entspannt und aus
dem verzweigten Doppelrohr herausgeleitet, wonach das erste Umformwerkzeug
8 geöffnet wird und das verzweigte Doppelrohr entnommen
wird.After the double-
Danach wird dieses in die Gravur 24 eines zweiten Innenhochdruck-Umformwerkzeuges
25 eingelegt. Die Gravur 24 ist derart
ausgebildet, daß das Doppelrohr an seinen Endbereichen von der
Gravur 24 in einer Spielpassung gehalten und zwischen den beiden
Enden umlaufend und durchgängig von einem im wesentlichen
zylindrischen zum Doppelrohr koaxialen Aufweitraum 26 umgeben
ist. Der Abzweigstutzens 21 liegt in einem Abzweig 27 der Gravur
24, der entsprechend des Aufweitraumes 26 um etwa das gleiche
Maß den Abzweigstutzen 21 umgibt. Im Abzweig 27 ist ein
zweiter Gegenstempel 28 angeordnet, in dessen in seiner Stirnseite
29 entsprechend dem Gegenstempel 10 des ersten Umformwerkzeuges
8 ausgebildeten Tasche 34 die flaschenhalsartige
Ausbeulung 31 des Abzweigstutzens 21 mit geringem Spiel aufgenommen
ist.Then it is engraved 24 of a
Zum nun folgenden zweiten Umformvorgang gemäß der Fig. 4 wird
das Umformwerkzeug 25 geschlossen und das Doppelrohr wieder an
seinen beiden Enden durch Dichtungsköpfe 30 von Axialstempeln
unter Bildung einer metallischen Dichtung und Quetschung der
Rohrenden abgedichtet, jedoch derart, daß der Lochkranz 5 einer
Innenhochdruckbeaufschlagung frei zugänglich bleibt. Über
Druckfluidkanäle 32 wird nun in den Innenraum 20 des Innenrohres
1 ein Druckfluid eingeleitet und unter Hochdruck gesetzt. The now following second forming process according to FIG. 4 is
the forming
Aufgrund des freien Lochkranzes 5 wird das Außenrohr 2 direkt
mit Hochdruck beaufschlagt, wodurch es in den Aufweitraum 26
hinein aufgeweitet wird und sich an die Gravur 24 des Umformwerkzeuges
25 und die Wandung des Abzweiges 27 konturgerecht
anlegt. Der Gegenstempel 28 wird nach außen unnachgiebig abgestützt
und bleibt somit während der Aufweitung unverändert in
seiner Abstützposition ohne radial nach außen auszuweichen, wobei
sich der nichtausgebeulte Bereich der Stirnseite 22 des Abzweigstutzens
21 an der zugewandten Stirnseite 29 des Gegenstempels
28 anlegt.Due to the free
Durch die zweite Umformung des Abgasrohres wird infolge der Abhebung
des Außenrohres 2 vom Innenrohr 1 ein dieses gleichmäßig
zwischen den eingeklemmten Enden rundum umgebender Spalt, der
sogenannte Luftisolierspalt 33, geschaffen, welcher in seiner
Breite völlig konstant bemessen ist, wobei er in seinem Verlauf
der Kontur des Innenrohres 1 exakt folgt. Das Innenrohr 1
bleibt aufgrund des Druckausgleiches zwischen seinem Innenraum
20 und dem Spalt 33 während der zweiten Umformung unverformt.The second deformation of the exhaust pipe results in the lifting
the
Denkbar ist auch, das Innenrohr 1 ohne Lochkranz 5 auszubilden
und das Druckfluid in die Trennfuge zwischen Innenrohr 1 und
Außenrohr 2 über den Spielspalt oder besonders dafür am Innenrohr
1 ausgebildete in die Trennfuge führende Spalten einzubringen.
Hierzu ist jedoch ein vorgeschalteter Druckraum notwendig,
was Bauraum und eine kompliziertere Abdichtung des Doppelrohres
erfordert. Durch den Lochkranz 5 jedoch wird in
höchst vorteilhafter Weise eine einfach herzustellende und sofortige
relativ großflächige Beaufschlagung des Außenrohres 2
durch den Innenhochdruck erreicht. Weiterhin erfahren die Endbereiche
des Doppelrohres keine Verformung bei einer etwaigen
Einleitung des Druckfluides in die Trennfuge der beiden Rohre 1
und 2 von außen, so daß die Maßhaltigkeit des Doppelrohres an
beiden Enden erhalten bleibt, was sich besonders günstig für
eine Verbindung mit weiteren Bauteilen auswirkt. Schließlich
wird der Druckausgleich für das Innenrohr 1 durch eine einfache
in der Ausbildung des Lochkranzes 5 begründete Fluidführung erreicht.It is also conceivable to design the
Nach der zweiten Umformung wird das Druckfluid entspannt, aus
dem nahezu fertig ausgebildeten luftspaltisolierten Abgasrohr
herausgeleitet, wonach das zweite Umformwerkzeug 25 geöffnet
und das Abgasrohr entnommen wird. Danach wird in einer Werkzeugeinspannung
des umgeformten Abgasrohres der Kappenbereich 23
des Abzweigstutzens 21 unter Bildung einer Durchgangsöffnung
35, die den Innenraum 20 des Innenrohres 1 mit der äußeren Umgebung
des luftspaltisolierten Abgasrohres verbindet, beispielsweise
durch Sägen oder Laserschneiden abgeschnitten. Aufgrund
der flaschenhalsartigen Ausbildung der Stirnseite 22
bleibt danach ein kurzer zylindrischer Abschnitt 36, bei dem
eine Klemmung der Rohrwandungen noch vorhanden ist, so daß auch
nach dem Beschnitt keine Veränderung der Relativlage des Innenrohres
1 zum Außenrohr 2 erfolgen kann.After the second forming, the pressure fluid is released from
the almost finished air gap insulated exhaust pipe
led out, after which the second forming
Schließlich werden optional die Enden des Doppelrohres in der
Einspannung abgetrennt. Dies erfolgt dann, wenn eine Minimierung
von Wärmebrücken im Verbindungsbereich mit anderen Abgasrohren
erwünscht ist und dieser bezüglich des Außenrohres 2 mit
einer einfachen umlaufenden Kehlnaht und bezüglich des Innenrohres
1 mittels Schiebesitz zur Kompensation axialer Wärmedehnungen
und Vibrationen im Betrieb der Abgasanlage ausgebildet
werden soll. Diese Verbindung kann in höchst vorteilhafter Weise
zum Zusammenbau einer luftspaltisolierten Abgasanlage mit
anderen luftspaltisolierten Abgasrohren durch einfaches Ineinanderstecken
der endseitig aufeinander im Durchmesser abgestimmten
Rohre ausgenutzt werden. Insbesondere ermöglicht die
Ausbildung des erfindungsgemäß hergestellten verzweigten Abgasrohres
mit seinem jeweils endseitigen Beschnitt (Fig. 6) erstmals
eine Modulbauweise bei luftspaltisolierten Abgaskrümmern,
wobei das verzweigte Rohr einen Teil des Abgaskrümmers bildet.
Die übrig gebliebene Klemmung des zylindrischen Abschnittes 36
der Stirnseite 22 hält die Rohre 1 und 2 zueinander in der bisherigen
voneinander beabstandeten Position, wodurch bei der
Montage auftretende Lagetoleranzen und Spaltuneinheitlichkeiten
vermieden werden. Dies kann auch erreicht werden, wenn die
Stirnseite 22 keine Ausbeulung 31, d.h. nach Beschnitt keinen
zylindrischen Abschnitt 36 und somit keine Klemmung der Wandungen
der Rohre 1 und 2 aufweist. Hierbei muß jedoch nach Beschnitt
des Kappenbereiches 23 der Abzweigstutzen 21 hinsichtlich
Innenrohr 1 und Außenrohr 2 durch eine Verbindung des Abgasrohres
am Ende des Abzweigstutzens 21 mit einem weiteren
Bauteil des Abgasstranges beispielsweise durch Verschweißung
des Außenrohres 2 mit dem Außenrohr des Verbindungsbauteils und
Schiebesitzbildung des Innenrohres 1 mit dem dessen Innenrohr
radial festgelegt werden, wonach die freiliegenden Endbereiche
des Abgasrohres mit den dort klemmend aneinandergepreßten Wandungen
des Innenrohres 1 und des Außenrohres 2 abgeschnitten
werden.Finally, the ends of the double pipe are optionally in the
Clamping separated. This happens when there is a minimization
of thermal bridges in the connection area with other exhaust pipes
is desired and this with respect to the outer tube 2
a simple all-round fillet weld and with respect to the
Zum Abschneiden der Rohrenden werden diese am Außenrohr 2 auf
abzweigzugewandter Seite des Lochkranzes 5 mittels eines
Strahlschneidverfahrens, vorzugsweise durch einen Schneidlaser
beaufschlagt. Der Schneidlaser schneidet das Außenrohr unter
Bildung eines Schlitzes axial an zwei umfänglich diametral gegenüberliegenden
Stellen ein. Anschließend wird das Außenrohr 2
mittels der Einstrahlung des Schneidlasers zwei zueinander beabstandete
Umfangsschnitte ausgeführt, die jeweils durch einen
der Endpunkte der axialen Schlitze hindurchgehen. Die dadurch
einstehenden halbkreisförmigen Blechstreifen 37 des Außenrohres
2 werden abgelöst, wodurch das Innenrohr 1 frei zugriffsfähig
wird. Das Innenrohr 1 kann nun - ggf. bündig mit der Schneidkante
38 des Außenrohres 2 - durch Sägen oder ebenfalls durch
ein Strahlschneidverfahren beispielsweise Laser oder Elektronenstrahl
durchgetrennt werden (Fig. 5). Das Strahlschneiden
des Außenrohres 2 erbringt in vorteilhafter Weise eine insgesamt
formtreue Abtrennung der Enden des Doppelrohres.To cut the pipe ends, these are on the
Natürlich ist es denkbar, daß nach dem Kappenbeschnitt des Abzweigstutzens
21 Außenrohr 2 und Innenrohr 1 offen sind, wobei
die Enden des Doppelrohres miteinander verklemmt bleiben, so
daß durch die dortige Klemmung die Zentrierung des Innenrohres
1 im Außenrohr 2 gewährleistet ist. Eine weitere Verbindung mit
Abgasrohren an den Enden erfolgt durch Verschweißen mit der
Doppelwand des verzweigten Rohres.Of course, it is conceivable that after the cap trim of the
Claims (6)
- Method of manufacturing an air gap insulated exhaust pipe provided with a branch connection in the exhaust train of a motor vehicle wherein an exhaust gas guiding inner pipe formed with a branch is surrounded at a distance around it with an outer shell with the formation of an air insulation column which together with the outer shell forms the exhaust pipe including branch conenctor
characterised in that
for the purpose of forming the exhaust pipe two pipes ( 1, 2) having the same shape are placed inside each other with little clearance with the formation of a double pipe, that the thus formed double pipe is brought into a first inner high pressure shaping tool 8), is at both ends fluid high pressure sealed and after closure of the first shaping tool (8) and introduction of a pressure fluid into the inner area (20) of the inner pipe (1) of the double pipe is impacted with inner high pressure via the introduced pressure fluid in such a way that the double pipe widens corresponding to the contour of the engraving (7) of the first shaping tool (8) wherein due to a branch (9) of the engraving (7) by means of the inner high pressure from the double pipe a double walled branch connection (21) is blown out and wherein due to a concentric pocket (12) formed in the counterpunch (10) the front side (22) of the double walled branch connection (21) is bulged like the neck of a bottle through the inner high pressure, that after the production of the branch connection (21) the pressure fluid relaxes and is fed out of the inner area (20 of the inner pipe (1) and thereafter the first shaping tool (8) is opened and the shaped double pipe is removed and brought into a second inner high pressure shaping tool (25) wherein the double pipe at the end areas of the engraving (24) of the second shaping tool (25) is held in a clearance fit and running between the two ends including the branch connection (21) and through corresponding formation of the engraving (24) is surround by a widening area (26), that after the closure of the shaping tool (25) and sealing of the double pipe formed with a branch connection under high pressure a pressure fluid is passed on the one hand between the two pipes (1, 2) forming the double pipe and is on the other hand simultaneously fed into the inner area (20) of the inner pipe (1) wherein the outer pipe (2) is widened in an inner high pressure impacted way until contour positioned against the engraving (24) of the second shaping tool (25) into the widening area, that upon widening the front side of the branch connection (21) guiding from the double pipe by means of a second counterpunch (28) arranged in the branch (27) of the engraving (24) is outwardly supported in an unyielding way, and that after the widening of the double pipe, relaxing and removal of the pressure fluid out of the double pipe which due to the two reshapings is provided with a branch connection (21) and an air column isolation, as well as opening of the second shaping tool (25) and removal of the finished shaped double pipe wherein the outer shell is formed by the outer pipe (2) which the cap area (23) of the branch connection (21) containing the front side (22) ... with the formation of a through passage (35) between the inner area (20) of the inner pipe (1) and the outer surroundings of the air column isolating exhaust gas pipe. - Method according to claim 1
characterised in that
after a radial fixing of inner pipe (1) and outer pipe (2) based upon the connection of the exhaust pipe at the end of the branch connection (21) with a further component of the exhaust train the free-lying end areas of the exhaust gas pipes are cut off with the walls of the inner pipe (1) and the outer pipe (2) pressing against each other in a pressed way. - Method according to claim 2
characterised in that for the purpose of cutting off the end areas of the exhaust pipe on the outer pipe (2) around the entire perimeter perimeter strips (37) are cut out by means of beam cutting and that afterwards the inner pipe (1) is separated in the area made free after removal of the strips (37) through sawing or beam cutting. - Method according to claim 1
characterised in that for the purpose of forming the air isolating column (33) the pressure fluid is guided from the inner area (20) of the inner pipe (1) through at least one passage hole (6) formed in the wall of the inner pipe (1) between the pipes (1, 2) forming the double pipe wherein the respective hole (6) in the widening of the double piepe is sealed in the first inner high pressure shaping tool (8). - Method according to claim 1
characterised in that during the first shaping process the double walled branch connection (21) is supported on the front side by means of a first counterpunch (10) giving way outwards and guided in a displaceable way in the branch (9) of the engraving (7) of the first inner high pressure shaping tool (8). - Method according to claim 1
characterised in that during the first shaping process for blowing out the branch connection (21) pipe material is pushed by means of at least one axial punch impacting one end of the double pipe to the formation point of the branch connection (21).
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