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Die Erfindung betrifft einen Abgasschalldämpfer, mit einem abgasführenden äußeren Rohr und einem endseitig in das äußere Rohr eingeschobenen, abgasführenden inneren Rohr, wobei der eingeschobene Abschnitt einen Überlappungsbereich der Rohre definiert und die Rohre im Überlappungsbereich gemeinsam von innen nach außen unter Bildung von zwei axial beabstandeten Wülsten plastisch umgeformt und dadurch formschlüssig miteinander verbunden sind.
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Bei Abgasschalldämpfern ist es wichtig, dass die ineinandergesteckten Rohre trotz der in Betrieb auftretenden Vibrationen und thermische Ausdehnungen sicher und fest miteinander verbunden bleiben. Neben der gerade erwähnten mechanischen Verbindung über ein gemeinsames plastisches Umformen der Rohre können diese natürlich durch Schweißen oder Löten miteinander verbunden werden.
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Zu den wichtigen Eigenschaften der Verbindung gehört neben der mechanischen Dauerfestigkeit auch die Gasdichtigkeit.
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Die vorliegende Erfindung setzt es sich zur Aufgabe, zusätzlich auch eine verbesserte Gasströmung im Inneren der durch die Rohrverbindung entstehenden Gasleitung realisieren zu können.
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Die Erfindung schafft hierzu einen Abgasschalldämpfer mit einem abgasführenden äußeren Rohr und einem endseitig in das äußere Rohr eingeschobenen, abgasführenden inneren Rohr, wobei der eingeschobene Abschnitt einen Überlappungsbereich der Rohre definiert und die Rohre im Überlappungsbereich gemeinsam von innen nach außen unter Bildung von zwei axial beabstandeten Wülsten plastisch umgeformt und dadurch formschlüssig miteinander verbunden sind, wobei ein im Überlappungsbereich liegendes Ende des inneren Rohres nach außen aufgeweitet ist und vollständig in einem der Wülste des äußeren Rohres liegt.
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Im Stand der Technik lag das Ende des inneren Rohres beabstandet von dem ihm nahen Wulst stets außerhalb des Wulstes des äußeren Rohres, sodass es den Strömungsquerschnitt verengte. Zudem wird dann, wenn das Abgas vom äußeren in das innere Rohr strömt, das eingeschobene Ende des inneren Rohres frontal angeströmt, sodass es hier zu Verwirbelungen und Geräuschen kommt. Durch die Erfindung werden diese Nachteile vermieden. Das eingeschobene Ende des inneren Rohres liegt verdeckt im Wulst des äußeren Rohres, der beim Umformen beider Rohre entsteht.
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Das aufgeweitete, eingeschobene Ende des inneren Rohres geht z.B. im Querschnitt betrachtet von einem zylindrischen Zwischenabschnitt zwischen den Wülsten in einer Krümmung, also nicht in einem Knick, in einen Endabschnitt über, der das aufgeweitete Ende mit umfasst. Der Endabschnitt beginnt also mit dem aufgeweiteten Ende und erstreckt sich noch einen gewissen Teil längs des inneren Rohres im Überlappungsbereich. Durch die Krümmung wir die Strömungsführung weiter verbessert, denn bei einer Strömung vom äußeren Rohr in das innere Rohr wird dieser gekrümmte Abschnitt, der zumindest teilweise außerhalb des Wulstes liegt, angeströmt.
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Im Endabschnitt verläuft gemäß einer Variante der Erfindung das innere Rohr zylindrisch, das heißt mit gleichem Querschnitt über eine gewisse axiale Länge. Über diesen zylindrischen Abschnitt können Lagetoleranzen des inneren und des äußeren Rohres kompensiert werden.
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Der Endabschnitt kann vollständig im Wulst des äußeren Rohres liegen und damit strömungsverdeckt sein.
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Bevorzugt ist der Innenquerschnitt des inneren Rohres im Bereich des Endabschnitts (innerhalb der Herstellungstoleranzen) gleich dem Querschnitt des äußeren Rohres im nicht umgeformten Abschnitt stromaufwärts des Wulstes, in dem der Endabschnitt liegt. Auch dies verbessert die Strömungsführung, da kein Querschnittssprung vorhanden ist.
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Zwischen den axial beabstandeten Wülsten kann das äußere Rohr einen zylindrischen Zwischenabschnitt haben, insbesondere ist es in diesem Abschnitt ebenso wie das innere Rohr nicht zur Verbindung der Rohre plastisch umgeformt. Hierdurch wird der Sitz der Rohre zusätzlich verbessert.
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Ebenso ist es förderlich für den Sitz der Rohre zueinander, wenn das äußere Rohr angrenzend an seine Wülste und zwischen den Wülsten zylindrisch ist und dort dieselbe Geometrie hat, das heißt die Geometrie zwischen den Wülsten entspricht der außerhalb der Wülste. Dasselbe kann zusätzlich oder alternativ für das innere Rohr gelten.
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Nachdem die Länge der Rohre mit Toleranzen versehen ist und es darauf ankommt, das fertige Produkt auf eine exakte Axiallänge zu bringen, kann der Überlappungsbereich von Abgasschalldämpfer zu Abgasschalldämpfer leicht variieren. Diese Variation wird durch den Überlappungsbereich aufgefangen, denn ein längeres inneres Rohr wird beispielsweise weiter in das äußere Rohr geschoben als ein kürzeres inneres Rohr. Um dies ohne Verlust der Aerodynamik zu ermöglichen ist gemäß einer Variante der Erfindung vorgesehen, dass der das eingesteckte Ende des inneren Rohres aufnehmende Wulst in Axialrichtung länger als der axial beabstandete Wulst ist. Durch die erhöhte Länge dieses Wulstes ist es möglich, die Längenunterschiede zu kompensieren, indem die inneren Rohre stets innerhalb des in Axialrichtung längeren Wulstes enden und dort aufgenommen sind. Hierzu ist es ferner unterstützend von Vorteil, wenn der Wulst, in dem das eingeschobene Ende des inneren Rohres aufgenommen ist, zwischen seinen Enden zylindrisch ist.
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Der Wulst, welcher vom das Ende des inneren Rohres aufnehmenden Wulst axial beabstandet ist, kann zur einfacheren Herstellung im Querschnitt bogenförmig verlaufen.
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Bevorzugt laufen beide Wülste umfangsmäßig geschlossen um. Alternativ hierzu wäre es allerdings auch möglich, dass der Wulst, der das Ende des inneren Rohres nicht aufnimmt, nur abschnittsweise umläuft.
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Zur optimalen Verbindung der Rohre und auch zur Gasdichtigkeit trägt bei, wenn die Rohre im Bereich der Wülste und zwischen den Wülsten vollflächig aneinander anliegen.
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Zur weiteren Stabilisierung der Rohrverbindung zwischen den Wülsten des äußeren Rohres kann ein umlaufender Rand eines Halteteils axial und/oder radial geklemmt sein. Dieser Rand wird mit umgeformt, wenn die beiden Rohre von innen umgeformt werden.
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Dieses Halteteil kann beispielsweise ein Ring, insbesondere ein Blechring sein, aber auch ein Bund einer Wand des Abgasschalldämpfers.
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Zur Verbesserung der Schalldämpfung kann das äußere Rohr außerhalb des Überlappungsbereichs und zusätzlich auch im Überlappungsbereich mikroperforiert sein und Öffnungen haben, die einen maximalen Querschnitt von 0,2 mm2 besitzen, wobei die zu erzielende Mikroperforation einen Perforationsgrad von wenigstens 2 % vorgesehen ist, das heißt die Gesamtfläche der Öffnungen zur Gesamtfläche des Rohres im mikroperforierten Bereich beträgt wenigstens 2 % und vorzugsweise maximal 7 %. Zwar strömt im Überlappungsbereich kein Gas aus den Mikroperforationen heraus, doch erhöht die Mikroperforation die Flexibilität des äußeren Rohres im Überlappungsbereich und sorgt für ein leichteres Umformen.
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Wie bereits erwähnt ist es von Vorteil, wenn das aufgeweitete Ende des inneren Rohres das stromaufwärtige Ende des inneren Rohres ist.
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Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Fahrzeug mit einem Abgasschalldämpfer nach der Erfindung.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Abgasschalldämpfers, mit einem inneren Rohr und einem äußeren Rohr, wobei das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:
- das Innere Rohr wird mit einem Ende in das äußere Rohr gesteckt unter Bildung eines Überlappungsbereichs,
- in das innere Rohr wird ein Umformwerkzeug gesteckt,
- das Umformwerkzeug deformiert das innere und gleichzeitig das äußere Rohr plastisch nach außen unter Bildung zweier beabstandeter Wülste, wobei ein Wulst am eingesteckten Ende des inneren Rohres erzeugt wird, wobei das eingesteckte Ende aufgeweitet und vollständig in dem Wulst des äußeren Rohres positioniert wird.
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Die vorgenannten Merkmale bezüglich des Abgasschalldämpfers sind auch auf das Verfahren anwendbar.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 eine Längsschnittansicht durch eine Variante eines erfindungsgemäßen Abgasschalldämpfers,
- - 2 eine vergrößerte Längsschnittansicht durch die Verbindung des in 1 vorhandenen inneren und des äußeren Rohres, und
- - 3 eine vergrößerte Längsschnittansicht durch die Verbindung des in 1 vorhandenen inneren und äußeren Rohres bei anderen Rohrlängen samt eines Werkzeugs.
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In 1 ist ein Abgasschalldämpfer dargestellt, mit einem Außengehäuse 10, welches eine Umfangswand aufweist. Im Außengehäuse 10 ist eine Stirnwand 12 vorgesehen, die alternativ aber auch als Außenwand des Außengehäuses 10 eingesetzt werden kann und damit das Außengehäuse mit abschließt. Beide Varianten sind für die Erfindung einsetzbar.
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Im Außengehäuse 10 sind zwei abgasführende, ineinander gesteckte Rohre vorgesehen, nämlich ein größeres, äußeres Rohr 14 sowie ein kleineres, inneres Rohr 16. Die Rohre 14, 16 können das Abgas durch das Gehäuse hindurchführen oder nur abschnittsweise im Gehäuse leiten, zum Beispiel nur im Gehäuse vorgesehen sein oder Abgas in das Gehäuse leiten und/oder Abgas aus dem Gehäuse herausleiten. Alle diese Varianten sind denkbar.
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Die beiden Rohre 14, 16 sind formschlüssig miteinander verbunden, wie anschließend anhand der 2 und 3 näher dargestellt wird. Sie sind darüber hinaus an der Stirnwand 12 ebenfalls formschlüssig befestigt, sodass die Stirnwand 12 die Rohre 14, 16 stützt oder sogar komplett hält. Natürlich können weitere Befestigungen für die Rohre vorgesehen sein.
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In 2 ist zu erkennen, dass das äußere Rohr 14 deutlich dünner als das innere Rohr 16 ist, was allerdings nur eine Option darstellt.
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Das äußere Rohr 14 ist zur Schalldämpfung mit Mikroperforationen 18 ausgebildet, hier mit länglichen Schlitzen, die eine maximale Querschnittsfläche von 0,2 mm2 haben. Im perforierten Abschnitt 20 des Rohres 14, dies ist der Abschnitt beginnend mit der ersten Mikroperforation an einem axialen Ende bis zur in axialer Richtung letzten Mikroperforation, ist ein Perforationsgrad von wenigstens 2 % und maximal 7 %vorhanden.
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Dadurch, dass das innere Rohr 16 abschnittsweise in das äußere Rohr 14 gesteckt ist, ergibt sich ein Überlappungsbereich 22 der Rohre.
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Die Stirnwand 12 hat einen sich axial erstreckenden Bund 24, der ebenfalls im Überlappungsbereich 22 liegt und eine Öffnung zur Aufnahme der beiden Rohre 14, 16 definiert.
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Die beiden Rohre 14, 16 sind durch ein Innen-Umformverfahren miteinander mechanisch verbunden. Genauer gesagt werden durch Umformen der beiden Rohre 14, 16, nachdem sie ineinandergesteckt sind, ein erster Wulst 26 und ein zweiter Wulst 28 im äußeren Rohr 14 gebildet, wobei das innere Rohr 16 einen entsprechenden Wulst 30 erhält, der komplementär zum Wulst 26 gebildet ist.
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Das Ende 32 des inneren Rohres, welches im Übergangsbereich 22 liegt und diesen Überlappungsbereich begrenzt, begrenzt zudem einen Wulst 34 im inneren Rohr 16, der im Gegensatz zum Wulst 30 nicht mehr zum Ende 32 hin radial einwärts verläuft, sondern als aufgeweitetes Ende 32 das Rohr 16 abschließt.
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An das Ende 32 schließt sich ein zylindrischer Endabschnitt 36 am zweiten Rohr 16 an, der den Wulst 34 großteils definiert. Der Endabschnitt 36 entsteht durch das Aufweiten des Rohres 16 aus seiner ursprünglich kleineren Form. Diese ursprüngliche Form ist zwischen den Wülsten 30, 34 und in Bezug auf 2 unterhalb des Wulstes 30 zu sehen, in diesen Abschnitten ist das Rohr 16 zylindrisch, und diese Abschnitte haben auch die gleiche Querschnittsform, insbesondere einen Kreisquerschnitt.
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Das bedeutet, zwischen den Wülsten 30, 34 hat sowohl das innere Rohr 16 als auch das äußere Rohr einen sogenannten Zwischenabschnitt 38, 39, wobei die Rohre 14, 16 in diesem Zwischenabschnitt 38, 39 flächig aneinander anliegen. Dies gilt im Übrigen auch im Bereich der Wülste 26, 30 und 28, 34.
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Diese flächige Anlage wird dadurch unterstützt, dass optional die Rohre 14, 16, wenn sie unverformt sind, mit einer leichten Spielpassung ineinandergesteckt werden.
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Wie in 2 zu sehen ist, hat das zweite Rohr 14 auch im Überlappungsbereich 22 die Mikroperforationen 18.
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Der Wulst 26, 30 verläuft im Querschnitt bogenförmig. Der Wulst 28 ist axial deutlich länger als der Wulst 26, und der Endabschnitt 36 ist auch länger als der Wulst 30 des inneren Rohres 16.
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Bei der gezeigten, optionalen Ausführungsform ist das äußere Rohr 14 das stromaufwärtige Rohr, dementsprechend ist das Ende 32 auch das stromaufwärtige Ende des inneren Rohres 16.
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Eine Strömungsführung des Abgases wird verwirbelungsarm dadurch erreicht, dass das im Überlappungsbereich 22 liegende Ende 32, sogar der gesamte Wulst 34 des inneren Rohres 16 (d.h. Endabschnitt 36) innerhalb des Wulstes 28 des äußeren Rohres 14 liegt. Mit anderen Worten ist der Innenquerschnitt des Rohres 14 stromaufwärtig des Wulstes 28 kleiner oder gleich dem Innendurchmesser des inneren Rohres 16 im Bereich des Endes 32 und des anschließenden Endabschnitts 36, der vorzugsweise zylindrisch ist. Dadurch kommt es in diesen Bereich zu keiner unmittelbaren Anströmung der Stirnfläche des Endes 32.
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Zur weiteren Strömungsoptimierung geht der Endabschnitt 36 in einer Krümmung 40 in den Zwischenabschnitt 38 über, wobei der Zwischenabschnitt 38 einen kleineren Innenquerschnitt hat als der Innenquerschnitt des Rohres 14 stromaufwärts des Wulstes 28.
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Die Wülste 26, 28 und 30, 34 laufen umfangsmäßig geschlossen um.
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Beim Herstellen des Wulstes 28, 34 wird auch der Bund 24 radial nach außen etwas umgeformt, sodass eine radiale Klemmung vorliegt. Der Bund 24 ist vorzugsweise, dies ist nicht einschränkend zu verstehen, axial kürzer als der Zwischenabschnitt 38. Er liegt aber am stromabwärtigen Ende des Wulstes 28 im Bereich der Krümmung an diesem an. Der Bund 24 bildet damit zusammen mit der Stirnwand 12 ein Halteteil, und der Bund 24 selbst einen umlaufenden Rand dieses Halteteils.
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Dadurch, dass der Wulst 28, der das Ende 32 des inneren Rohres 16 aufnimmt, relativ lang ist, kann über ihn eine Lagetoleranz des inneren und äußeren Rohres 16, 14 ausgeglichen werden, wie anhand von 3 zu sehen ist.
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In 2 ist das äußere Rohr 14 und/oder das innere Rohr 16 länger als das entsprechende Rohr in 3, sodass der Überlappungsbereich 22 in 3 kleiner ist als bei den langen Rohren 14, 16 in 2. Dennoch liegt nach wie vor das Ende 32 vollständig innerhalb des Wulstes 28 des äußeren Rohres 14 in 3. Es kann auch weiterhin mit denselben Werkzeugen gearbeitet werden, um die Rohre 14, 16 miteinander zu verbinden. In 3 ist auch zu sehen, dass der Bund 24 länger ist als der Bund 24 in 2, sodass er sich über den gesamten Zwischenabschnitt 38 erstreckt.
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Die Herstellung des Abgasschalldämpfers erfolgt dadurch, dass zuerst das innere Rohr 16 endseitig in das äußere Rohr 14 axial eingeschoben wird, unter Bildung des Überlappungsbereichs 22.
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In das innere und damit auch in das äußere Rohr 16, 14 wird dann ein Umformwerkzeug 50, welches symbolisch in 3 gezeigt ist, eingesteckt. Dieses Umformwerkzeug 50 kann beispielsweise eine oder mehrere Rollen 52 haben, die auf einer Achse oder Welle 56 sitzen. Mit dieser oder diesen Rollen 52, 54 werden dann von innen die Wülste 26, 30 und 28, 34 erzeugt, und zwar die jeweiligen Paare von Wülsten 26 und 30 sowie 28 und 34 jeweils gleichzeitig. Wenn ein Werkzeug mit zwei Rollen 52, 54 vorhanden ist, können auch alle Wülste gleichzeitig erzeugt werden. Zudem wird, wie gesagt, auch der Bund 24 mit umgeformt.
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Anstatt einer Stirnwand 12 kann der Bund 24 auch allein vorgesehen sein, sozusagen als umfangsmäßig geschlossener Haltering, der die Verbindung der Rohre 14, 16 noch unterstützt.
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Die Rohre 14, 16 müssen auch nicht beide oder jeweils überhaupt im Inneren eines Außengehäuses 10 verlaufen, vielmehr können sie selbst auch das Außengehäuse bilden. Die Mikroperforationen 18 sind nämlich auch in der Lage, ohne Außengehäuse, welches das mikroperforierte Rohr 14 umgibt, schalldämpfend zu wirken. In diesem Fall bildet das Rohr 14 die Grenze zur Umgebung des Fahrzeugs, welches mit dem Abgasschalldämpfer versehen ist.
