DE10307651A1

DE10307651A1 - Leitungselement sowie Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE10307651A1
Application number: DE10307651A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Baumhoff; Marcus Hupertz; Frank Dipl.-Ing. Bender; Stefan Dr.-Ing. Hauk
Original assignee: Westfalia Metallschlauchtechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Westfalia Metallschlauchtechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2003-02-21
Filing date: 2003-02-21
Publication date: 2004-09-02

Abstract

Zur Verbindung von schwingbeanspruchten Rohrleitungen, für die Abgasleitungen, vorwiegend in Nutzfahrzeugen, aber auch in Personenkraftwagen, typische Ausführungsbeispiele sind, wird ein Leitungselement eingesetzt, daß vorzugsweise aus zwei balgförmigen Geometrien, ineinanderliegend, einseitig im axialen Endbereich verbunden und vorzugsweise koaxial angeordnet, besteht. Die beiden balgförmigen Geometrien sind aus einer einzigen Vorform derart gefertigt, daß die innenliegende balgförmige Geometrie längsorientierte, zur Aufnahme von Torsionsverschiebungen vorgesehene Wellungen und die außenliegende balgförmige Geometrie ringförmige oder schraubengangförmige Wellungen zur Aufnahme von Axial- und Lateralverschiebungen aufweist. DOLLAR A Neben dem Element wird das zugehörige Herstellverfahren in wesentlichen Teilen beschrieben, welches neben Blechronden bzw. dünnwandigen Rohren als alternative Ausgangsgeometrien ferner das umformtechnische Erzeugen einer geeigneten Vorform sowie geeignete Verfahrensvarianten zur Anformung der balgartigen Geometrien umfaßt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Leitungselement für schwingbeanspruchte Rohrleitungen, für die Abgasleitungen in Kraftfahrzeugen, vorzugsweise in Nutzfahrzeugen aber auch in Personenkraftwagen, typische Ausführungsbeispiele sind.
Die Aufgabe solcher Leitungselemente besteht darin, schwingbeanspruchte Rohrleitungen flexibel miteinander zu verbinden und dabei schwingungstechnisch weitgehend zu entkoppeln. Neben den dazu erforderlichen Verschiebungsmöglichkeiten in axialer und lateraler Richtung ist in manchen Fällen, insbesondere im Nutzfahrzeugbereich, auch ein Freiheitsgrad in torsionaler Richtung erforderlich. Eine entsprechende Lösung, die aus zwei zusammengefügten, wendelgewellten oder ringgewellten Metallbälgen besteht, wird in DE 198 24 095 C2 beschrieben. Neben der gesonderten Herstellung zweier Metallbälge sind hier ferner Montage- und Schweißoperationen erforderlich, um den beschriebenen Zusammenbau herzustellen.
Bei schwingbeanspruchten Teilen ist grundlegend zu beachten, daß Schweißverbindungen bzw. in der Regel die Wärmeeinflußzone zwischen Schweißnaht und Grundwerkstoff stark gefährdete Bereiche für die Entstehung von Dauerbrüchen sind. Dies gilt insbesondere für Konfigurationen, in denen die der Schweißnaht nahen Bereiche großen Betriebsspannungen bzw. zeitlich und örtlich großen Spannungsgradienten ausgesetzt sind. Demzufolge ist die Herstellung eines Leitungselements ohne Schweißnaht oder ähnlichen Fügestellen beanspruchungsgerecht. Da ein Leitungselement gemäß der oben zitierten Schrift neben der Herstellung von Einzelmodulen ferner Montageprozesse erfordert, sehen ökonomischere Lösungsansätze weiterhin eine Herstellung aus nur einer Vorform, ohne Montage- und Fügeprozesse, vor.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein entkoppelndes Leitungselement für Rohrleitungen so auszubilden, daß eine komplette Herstellung von vorzugsweise zwei zueinander definiert angeordneten, balgförmigen Geometrien aus einer einzigen Vorform, ohne weitere Zusammenbauoperationen und ohne Fügestellen derart erfolgen kann, daß die innenliegende balgförmige Geometrie vorzugsweise längsorientierte, zur Aufnahme von Torsionverschiebungen vorgesehene Wellungen, und die außenliegende balgförmige Geometrie vorzugsweise ringförmige oder schraubengangförmige Wellungen zur Aufnahme von Axial- und Lateralverschiebungen aufweist (1). Dabei ist die Ausbildung von torsionsweichen, längsorientierten Wellungen an vorzugsweise der innenliegenden balgförmigen Geometrie eine weitere Aufgabe der Erfindung und spezielle Charakteristik des Leitungselements.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein aus mindestens zwei Balggeometrien bestehendem Leitungselement gelöst. Die 1 bis 4 zeigen beispielhaft einige der möglichen Varianten. Alle Balggeometrien werden aus einer ähnlichen Zwischenform erzeugt. Diese Zwischenform kann zum einen ausgehend von einer ebenen, runden und eventuell mehrlagigen Blechplatine im Tiefziehverfahren und unter Anwendung eines Stülpzuges gefertigt werden. Zum anderen ist die Fertigung aus einem zylindrischen Rohr möglich. Dabei muß das Rohr ebenfalls durch eine Stülpoperation in die erforderliche Zwischenform gebracht werden. Die Zwischenform (5) ist durch mindestens einen innenliegenden zylindrischen Teil (51), einen außenliegenden zylindrischen Teil (52) sowie durch mindestens einen einseitig im axialen Endbereich angeordneten und vorzugsweise radial ausgerichteten Verbindungsteil (53) geometrisch charakterisiert. Sie kann sowohl einlagig als auch mehrlagig ausgeführt werden, wobei Materialkombinationen aus unterschiedlichen Metallen und Kunststoffen, eventuell in Sandwich-Form darstellbar sind. Auch kann die Zwischenform innenliegend bereits eine balgartige Geometrie aufweisen.
Die Erfindung soll auch das Verfahren zur Herstellung des beschriebenen Leitungselements betreffen. Hierbei sind gemäß der alternativen Herstellung der Zwischenform aus entweder einer runden Blechplatine oder aus einem zylindrischen Rohr, zwei unterschiedliche Verfahrensfolgen denkbar, die vorzugsweise Anwendung finden sollen. Eine vorzugsweise anzuwendende Verfahrensvarian te 1 sieht eine Herstellung aus der runden Blechplatine (Blechronde) vor, während eine vorzugsweise anzuwendende Verfahrensvariante 2 die Herstellung aus einem zylindrischen Rohr beschreibt. Beide Varianten werden nachfolgend beschrieben.
Verfahrensvariante 1: Fertigung aus der Blechronde

– Ausschneiden von runden Blechplatinen
– gegebenenfalls Vorfixierung mehrerer Blechplatinen zueinander
– mehrstufige Tiefziehoperation, mechanisch oder wirkmedienunterstützt, zur Anformung des innenliegenden zylindrischen Teils
– Anformung der längsorientierten, zur Aufnahme von Torsionverschiebungen vorgesehene Wellungen am innenliegenden zylindrischen Teil
– Tiefziehoperation zum Umstülpen des außenliegenden zylindrischen Bereichs oder alternativ Druckoperation
– wirkmedienunterstützte Anformung einer ring- oder schraubengangförmigen Balggeometrie am außenliegenden zylindrischen Bereich.

Verfahrensvariante 2: Fertigung aus dem zylindrischen Rohr

– Fertigung von dünnwandigen, ein- oder mehrlagigen Rohren
– Ineinanderschieben und evtl. Vorfixierung der Rohre zueinander
– Anformung der längsorientierten, zur Aufnahme von Torsionverschiebun
gen vorgesehene Wellungen am innenliegenden zylindrischen Teil
– Rohr-Stülpoperation zur Anformung des außenliegenden zylindrischen Bereichs
– wirkmedienunterstützte Anformung einer ring- oder schraubengangförmigen Balggeometrie am außenliegenden zylindrischen Bereich.

Bei beiden Verfahrensvarianten können in Abhängigkeit des einzusetzenden Werkstückwerkstoffs Zwischenglühungen erforderlich sein. Auch sind eventuelle Änderungen im Ablauf der einzelnen Verfahrensschritte möglich.
Gemäß 6 kann die Erzielung spezieller statischer und dynamischer Steifigkeiten durch die Integration eines gewickelten, vorzugsweise agraffförmigen Metallschlauchs (61) in das Leitungselement erfolgen.
Zur Vergrößerung der Produktfunktionalität können die gemäß der beschriebenen Verfahrensvarianten hergestellten Leitungselemente mit Zusatzmodulen versehen werden. Beispiele hierfür sind die Integration einer Vorrichtung zu Abgasfilterung oder die Integration von weiteren Leitungselementen zur Erzielung der Funktionalität eines Wärmetauschers.

Claims

Leitungselement für schwingbeanspruchte Rohrleitungen, insbesondere für Abgasleitungen in Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß genau oder mindestens zwei balgförmige Geometrien, inneinanderliegend, einseitig verbunden und vorzugsweise koaxial angeordnet, aus einer einzigen, ein- oder mehrlagigen Vorform und ohne weitere Zusammenbauoperationen vorzugsweise umformtechnisch derart gefertigt werden, daß die innenliegende balgförmige Geometrie längsorientierte, zur Aufnahme von Torsionverschiebungen vorgesehene Wellungen, und die außenliegende balgförmige Geometrie ringförmige oder schraubengangförmige Wellungen zur Aufnahme von Axial- und Lateralverschiebungen aufweist.
Leitungselement für schwingbeanspruchte Rohrleitungen, insbesondere für Abgasleitungen in Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß genau oder mindestens zwei balgförmige Geometrien, inneinanderliegend, einseitig im axialen Endbereich verbunden und vorzugsweise koaxial angeordnet, aus einer einzigen, ein- oder mehrlagigen Vorform und ohne weitere Zusammenbauoperationen vorzugsweise umformtechnisch derart gefertigt werden, daß die innenliegende balgförmige Geometrie ringförmige oder schraubengangförmige Wellungen zur Aufnahme von Axial- und Lateralverschiebungen, und die außenliegende balgförmige Geometrie längsorientierte, zur Aufnahme von Torsionverschiebungen vorgesehene Wellungen aufweist.
Leitungselement für schwingbeanspruchte Rohrleitungen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß keine Fügeelemente wie Schweißnähte, Schrauben oder Nieten in der einseiti gen Verbindungszone der vorzugsweise koaxial ineinanderliegenden, balgartigen Elemente vorzufinden sind.
Leitungselement für schwingbeanspruchte Rohrleitungen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metallschlauch, vorzugsweise ein Agraffschlauch, innenliegend, in einer gasdichten Anordnung zur Abgasführung integriert wird.
Leitungselement für schwingbeanspruchte Rohrleitungen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innenliegende, balgförmige Geometrie zusätzliche Elemente zur Reinigung des Abgasstroms, vorzugsweise Filterelemente, enthält.
Leitungselement für schwingbeanspruchte Rohrleitungen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß es durch die Ergänzung um entsprechende Leitungsrohre als Wärmetauscher verwendet werden kann.
Verfahren zur Herstellung eines Leitungselements nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus einer oder mehreren zueinander fixierten Blechlagen bestehende, runde Blechplatine (Blechronde) die Anfangsform darstellt, welche durch mehrere mechanische oder wirkmedienunterstützte Tiefziehoperationen bzw. alternativ Druckoperationen in eine Zwischenform überführt wird, die durch mindestens einen innenliegenden zylindrischen Teil, einen außenliegenden zylindrischen Teil sowie durch mindestens einen einseitig im axialen Endbereich angeordneten und vorzugsweise radial ausgerichteten Verbindungsteil geometrisch charakterisiert ist und gegebenenfalls innenliegend bereits eine balgartige Geometrie aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Leitungselements nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine runde Blechplatine (Blechronde) die Anfangsform darstellt, die aus einer oder mehreren zueinander fixierten Blechlagen oder aber aus mehreren blechähnlichen Lagen besteht, welche wiederum aus Werkstoffen einer beliebigen Kombination zusammengesetzt sind, so daß neben Metallplatinen mit unterschiedlichen Dicken, mechanischen Eigenschaften und chemischen Zusammensetzungen auch elastomere, glasfaserverstärkte bzw. keramische Platinen oder aber Platinen aus Verbund-, Compound- bzw. Composite-Werkstoffen zum Einsatz kommen können.
Verfahren zur Herstellung eines Leitungselements nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus einer oder mehreren zueinander fixierten Blechlagen bestehendes, zylindrisches Rohr die Anfangsform darstellt, welche durch mehrere mechanische oder wirkmedienunterstützte Umformoperationen in eine Zwischenform überführt wird, die durch mindestens einen innenliegenden zylindrischen Teil, einen außenliegenden zylindrischen Teil sowie durch mindestens einen einseitig im axialen Endbereich angeordneten und vorzugsweise radial ausgerichteten Verbindungsteil geometrisch charakterisiert ist und gegebenenfalls innenliegend bereits eine balgartige Geometrie aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Leitungselements nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zylindrisches Rohr die Anfangsform darstellt, das aus einer oder mehreren zueinander fixierten Blechlagen oder aber aus mehreren blechähnlichen Lagen besteht, welche wiederum aus Werkstoffen einer beliebigen Kombination zusammengesetzt sind, so daß neben Metallrohren mit unterschiedlichen Dicken, mechanischen Eigenschaften und chemischen Zusammensetzungen auch elastomere, glasfaserverstärkte bzw. keramische Rohre oder aber Rohre aus Verbund-, Compound- bzw. Composite-Werkstoffen zum Einsatz kommen können.
Verfahren zur Herstellung eines Leitungselements nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die längsorientierten Wellungen der vorzugsweise innenliegenden, balgförmigen Geometrie umformtechnisch, vorzugsweise durch axiales Walzen, oder aber durch Grob-Walzen, oder aber im Innenhochdruck-Umformen hergestellt werden.
Verfahren zur Herstellung eines Leitungselements nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle am Leitungselement vorhandenen balgförmigen Geometrien im Innenhochdruck-Verfahren hergestellt werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in den einzelnen Herstelloperationen zur optimalen Prozeßführung unterstützende Medien, wie vorzugsweise eine Ultraschallüberlagerung, eingesetzt werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das entstandene Leitungselement durch die abschließende Wirkung von Innendruck oder durch einen abschließenden mechanisch umformenden Prozeßschritt auf die geforderten statischen und dynamischen Steifigkeiten hin konditioniert wird. (1)