DE8910107U1

DE8910107U1 - Rohrstück, insbesondere Mantelrohr für einen metallischen Wabenkörper

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Publication number: DE8910107U1
Application number: DE8910107U
Authority: DE
Original assignee: Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
Current assignee: Vitesco Technologies Lohmar Verwaltungs GmbH
Priority date: 1989-08-23
Filing date: 1989-08-23
Publication date: 1990-12-20
Anticipated expiration: 1999-08-24

Description

Emitec Gesellschaft für Emissionstechnologie mbH D-5204 Lohmar 1

Rohrstück, insbesondere Mantelrohr für einen metallischen Wabenkörper

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rohrstück, insbesondere ein Mantelrohr für einen metallischen Wabankörpei.

beispielsweise einen Kataiysator-Trägerkörpex, in dessen Innerem unter mechanischer Beisstun«, insbesondere durch Temperaturerhöhung und/oder Beaufschlagung mit Innendruck, Dehnungskrafie auftrete.- d*e nicht in allen Richtungen gleich stark sind und z>; querschni^tsverzerrenden Verformungen führen kennen. Metallische Wabenkörper, bestehend <äus einer Wabenstruktur und einem diese ur^ebsnden Mantelrohr, eventuell ertüchtigt um Elemente, die die Formstabilität verbessern, werden beschrieben in der EP-A-O 245 737 und der EP-A-O 245 738. Die Wabfenkörper weisen Wabenstrukturen aus aufeinandergeschichteten und/oder umeinandergeschlungenen glatten und gewellten Blechen auf, die in gerade Rohrstücke als Mantelrohre eingepaßt und mit diesen fügetechnisch verbunden sind. Die Mantelrohre sind üblicherweise aus gebogenen und verschweißten Blechen gefertigt. Die Wabenkörper, und mithin auch ihre Mantelrohre, sind etwa gerade entlang einer Hauptachse und weisen senkrecht zu dieser Hauptachse runde oder gestreckte Querschnitte, eventuell mit teilweise geraden Berandungslinien, auf. Aus der EP-A 0 210 546 sind auch Wabenkörper mit komplizierteren Querschnitten bekannt, insbesondere mit Querschnitten in Form von Drei- oder Vierecken mit abgerundeten Ecken und mehr oder weniger gebogenen Seitenlinien.

Die Tendenz zur verzerrenden Querschnittsverformung unter mechanischen Belastungen ist besonders in denjenigen Außenbereichen von Rohrstücken vorhanden, deren Querschnitt von einer vergleichsweise gering gebogenen Linie berandet wird;

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unter Belastung neigen solche Bereiche dazu, sich in besonderem Maße auszuwölben. Einer derartigen Wölbung kann begegnet werden, indem das Rohrstück mit Verstärkungen versehen wird.

Im einfachsten Fall wird das Rohrstück rundum mit einer ausreichenden Blechdicke versehen, was freilich aufgrund des erhöhter; Materialverbrauchs im Hinblick auf Kosten und Gewicht gleichermaßen ungünstig ist. Es wird daher vorgezogen, ein vergleichsweise dünnes Rohrstück - höchstens etwa 2 mm Blechdicke für einen maximalen Querschnittsdurchmesser von etwa 25 cm - in möglichst sparsamer Weise mit formstabi.l isierenden Verstärkungen zu versahen. Hierzu sind bislang zwei Möglichkeiten bekannt, nämlich einerseits das Versehen des Rohrstücks mit umlaufenden Außensinken, sei es durch nachträgliches Einwalzen oder durch Biegen des Rohrstücks aus einem mit Sicken versehenen Blech, und andererseits das Aufbringen von Pflasterungen in Form von Blechstreifen, die auf die Außenseite aufgeschweißt werden.

Beide Arten der Verstärkung vermögen jedoch das Problem der Stabilisierung der Querschnittsform nicht umfassend zu lösen: So führt das Einbringen umlaufender Sicken dazu, daß die Steifigkeit des Rohrstücks auf dem gesamten Umfang erhöht wird, insbesondere auch in den Bereichen, wo es vergleichsweise stark gebogen ist. Die Formstabilität wird somit über den gesagten Umfang im wesentlichen gleichmäßig erhöht, so daß verzerrende Verformungen wohl in ihrer Amplitude reduziert, nicht aber grundsätzlich unterdrückt oder in unkritische Bereiche verlagert werden. Pflasterungen auf denjenigen Bereichen des Rohrstücks, die verzerrenden Verformungen in besonderem Maße ausgesetzt sind, namentlich den Bereichen mit vergleichsweise geringer Krümmung, bewirken zwar eine Versteifung genau in den gefährdeten Bereichen und wirken verzerrenden Verformungen direkt entgegen; in den Schweißnähten, ar. den Verbindungsstellen zwischen Röhrstück und Pflasterungen, lassen sieh jeüoch Texturveränderungen nicht vermeiden. Das Aufbringen von

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Pflasterungen erfordert also das Einbringen von Texturveränderungen und somit das Einbringen von Zonen mit beeinträchtigter Festigkeit* Die Sicherung gegen verzerrende Verformungen muß derart mit Abstrichen an die Bruch- und Rißfestigkeit des Rohrstücks erkauft werden.

Somit ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Rohrstück, insbesondere ein Mantelrohr für einen metallischen Wabenkörper, wie z. B. einen Katalysator-Trägerkörper

J.U aüiüycucü, uS5 fitlt miOQj.j.Ch5i W6ÜJ.Q Material äüSköiTiint , verzerrende Verformungen bedingt durch Dehnungskräfte aufgrund thermischer Belastungen möglichst vollständig unterdrückt, und darüber hinaus möglichst keine Beeinträchtigungen wie Schweißnähte oder dergleichen aufweist.

Erfindungsgemäß wird ein Rohrstück, insbesondere ein Mantelrohr füi einen Wabenkörper wie z. B. einen Katalysator-Trägerkörper oder dergleichen angegeben, das eine Hauptachse aufweist, relativ zu der Hauptachse etwa gerade ist, weiter eine Wand mit nicht wesentlich variierender Dicke hat, ferner mindestens ein Wandsegment aufweist, das nirgends das Rohrstück ganz umfängt, relativ zu der Hauptachse etwa gerade ist und eine Mehrzahl von Vsrsteif'jnⁿsslsn!snten in For™ von AuSsnsicksn snthslt v?obsi jede Außensicke entlang einer Streckungslinie gestreckt ist und die Streckungslinie die Hauptachse kreuzt.

Die Wand des Rohrstücks wird nur in denjenigen Wandsegmenten verstärkt, die bei Benutzung besonderen Beanspruchungen ausgesetzt sind, wobei erfindungsgemäß die Versteifungselemente direkt aus der Wand des Rohrstücks ausgeformt sind. Da keine zusätzlichen Versteifungselemente mehr aufgebracht werden müssen, wird einerseits Material für die Wand eingespart und andererseits das Einbringen von Schwachstellen in Form von Schweißnähten oder dergleichen vermieden. Die Anwendung der vorliegenden Erfindung ergibt also ein besonders kostengünstiges und hochbelastbares Produkt.

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In günstiger Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind die Außensicken derart auf der Wand des Rohrstücks angeordnet, daß ihre Streckungslinien etwa senkrecht zur Hauptachse des Rohrstücks verlaufen. Die Versteifungswirkung der Außensicken kommt auf diese Weise in besonderem Maße zur Geltung, da die Verzerrung des Rohrstücks bei Beanspruchung im wesentlichen in Richtung senkrecht zur Hauptachse erfolgt und demgemäß Außensicken, die im wesentlichen senkrecht zur Hauptachse und senkrecht zu den wirksamen Kräften angeordnet sind, diesen Vpr 7Prriinnpn am hecton

Die Rohrstücke, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, werden häufig hergestellt durch Biegen eines ebenen Blechstücks und Verschweißen der aufeinanderstoGenden Kanten. Vielfach weist ein Rohrstück also eine Schweißnaht auf_p die in günstiger Weiterbildung der vorliegenden Erfindung etwa parallel zur Hauptachse und außerhalb des die Außensicken enthaltenden Wandsegments angeordnet ist. Dadurch, daß die Schweißnaht in einem vergleichsweise gering beanspruchten Segment der Wand, das zudem bei nachträglicher Einbringung der Außensicken nicht mehr verformt werden muß, des Rohrstücks angeordnet ist, wird ihr Einfluß auf die Belastbarkeit in höchstem Maße herabgesetzt.

Besonders vorteilhaft ist es, die Außensicken knickfrei aus der Wand des Rohrstücks auszuformen, da das Einbringen von Knicken stets mit einer beträchtlichen Störung der Textur des Wandmaterials verbunden ist, woraus sich regelmäßig Beeinträchtigungen der Reiß- und Biegefestigkeit ergeben. Das knickfreie Ausformen der Außensicken gewährleistet die hohe Belastbarkeit des Rohrstücks in besonderem Maß.

Die vorliegende Erfindung ist auf Rohrstücke mit im wesentlichen kreisförmigen Querschnitten und auf Rohrstücke mit gestreckten Querschnitten gleichermaßen anwendbar. Mit besonderem Vorteil wird die vorliegende Erfindung jedoch auf

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Rohrstücke mit gestreckten, beispielsweise ovalen oder elliptischen Querschnitten angewendet. Bei gestreckten Querschnitten treten stets Bereiche vergleichsweise geringer Krümmung neben Bereichen vergleichsweise großer Krümmung auf, wobei die Bereiche geringer Krümmung besonders empfindlich im Hinblick auf Querschnittsverformungen bedingt durch mechanische Beanspruchungen aus dem Inneren des Rohrstücks heraus sind. Sinnvoll ist es daher, die Außensicken in den Wandsegmenten anzuordnen, die im Querschnitt Bereichen geringer Krümmung

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Besonders empfindliche Wandsegmente treten bei solchen Rohrstücken auf, die im Querschnitt Bereiche aufweisen, die etwa gerade sind. Entsprechende Wandsegmente sind besonders anfällig für Verformungen wie z. B. Ein- und Ausbeulungen, denen durch das Anbringen erfindungsgemäßer Außensicken wirksam begegnet werden kann.

Zur Erzielung einer angemessenen Versteifungswirkung ist es sinnvoll, die Anzahl der Außensicken nicht zu klein zu wählen. Das Einbringen von drei oder mehr Außensicken in ein zu verstärkendes Wandsegment ist sinnvoll.

Besonders vorteilhaft ist die Anwendung der Erfindung bei den Mantelrohren für Wabenkörper wie beispielsweise Katalysator-Trägerkörper, wobei das Rohrstück mit einer Wabenstruktur, insbesondere einer Anordnung aus glatten und gewellten Blechen ausgefüllt ist. Das als Mantelrohr dienende Rohrstück wird im Falle eines Wabenkörpers bei der Benutzung nicht nur Kräften ausgesetzt, die durch die Beaufschlagung des Inneren des Rohrstücks mit hohem Druck entstehen, sondern das Rohrstück wird auch mit Dehnungskräften, bedingt durch thermische Beanspruchung der Wabenstruktur, belastet. Ein erfindungsgemäßes Rohrstück als Mantelrohr vermag derartigen Beanspruchungen in ausgezeichneter Weise zu widerstehen.

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Die weitere Erläuterung der Erfindung erfolgt anhand der in der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele; im einzelnen zeigen:

Figur 1 ein erfindungsgemäßes Rohrstück mit etwa elliptischem Querschnitt;

Figur 2 ein erfindunoegemäßes Rohrstück mit rundem Querschnitt; Figur 3 einen Querschnitt durch einen Wabenkörper m"t einem Mantelrohr gemäß der Erfindung.

Finur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Rohrstück 1, das etwa gerade bezüglich einer Hauptachse 2 ist und einen etwa elliptischen Querschnitt aufweist, in dem entsprechend Bereiche mit geringer Krümmung 8 und Bereiche mit groioer Krümmung 9 auftreten. Die besonders belasteten Wandsegmente 4 der Wand 3 sind die Segmente, die im Querschnitt Bereichen mit geringer Krümmung 8 entsprechen. Die Wandsegmente 4 sind verstärkt durch Außensicken 5 als Ausformungen der Wand 5, die jeweils entlang einer Streckungslinie 10, die im wesentlichen senkrecht zur Hauptachse 2 verläuft, gestreckt sind. Das Rohrstück 1 ist aus Blech gebogen, wobei die aufeinanderstoßenden Kanten des Blechstückes unter Bildung einer Schweißnaht 6 verschweißt sind. Die Schweißnaht 6 ist etwa parallel zur Hauptachse 2. und sie ist außerhalb der Wandsegmente mit den Außensicken 5 angeordnet.

In Figur 2 ist ein Rohrstück 11 mit kreisförmigem Querschnitt senkrecht zu einer Hauptachse 12 dargestellt, das gleichermaßen mit Außensicken 15 versehen ist, die jeweils ent'ang einer Streckungslinie 20 gestreckt sind und ein Wandsegment 14 besonders verstärken sollen. Die Erfindung ist bei einem kreiszylindrischen Rohrstück 11 insbesondere dann mit Vorteil anwendbar, wenn das Rohrstück 11 zu einer Verwendung bestimmt ist, die mit einer besonderen Belastung eines bestimmten Wandsegmentes einhergeht. Eine solche besondere Belastung kann beispielsweise dadurch gegeben sein, daß das Rohrstück 11 mit einer Seite auf eine Unterlage gepreßt wird, oder daß das

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Rohrstück 11 eine Füllung enthält, die sich beispielsweise unter thermischer Belastung in verschiedenen Richtungen verschieden stark ausdehnt. Zusätzlich können an den Außensicken 15 Halterungen oder dergleichen befestigt werden,

5 ohne daß der Hauptquerschnitt des Rohrstücks 11 oder eine eventuell darin angeordnete Wabenstruktur dadurch beeinträchtigt werden.

Figur 3 zeigt schließlich einen Wabenkörper mit kompliziertem Querschnitt, der aus einem in einem erfindungsgemäßen Rohrstück 21 bestehenden Mantelrohr mit eingebrachter Wabenstruktur 7 aus abwechselnden Lagen unterschiedlich strukturierter Bleche besteht. Der Querschnitt des Rohrstücks 21 weist neben zwei weitgehend gleichartigen Bereichen mit großer Krümmung 29 zwei Bereiche mit geringer Krümmung 28 auf, die verschiedene Formen besitzen. Die diesen Bereichen entsprechenden Teile der Wand 23 sind mit Außensicken 25 versehen, da sie unter mechanischer Belastung am ehesten zu Verformungen neigen. Wie in den vorigen Bereichen sind die Außensicken 25 gestreckt entlang der Streckungslinien 30.

Aus Figur 2 und Figur 3 ist auch entnehmbar, daß die vorliegende Erfindung nicht beschränkt ist auf Rohrstücke 11, mit einfachen, insbesondere symmetrischen Querschnitten. Sie ist mit Vorteil auf Rohrstücke 11, 21 mit beliebigen Querschnitten anwendbar, insbesondere auf Rohrstücke 11, 21 mit Querschnitten, die aus beliebigen Vielecken durch Abrundung der Ecken und eventuell Versehen der Seiten mit leichten Krümmungen entstehen. Gleichermaßen beeinträchtigt eine leichte Abweichung eines Rohrstückes 11, 21 von der Geradheit die Anwendung der Erfindung in keiner Weise.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rohrstück, das insbesondere als Mantelrohr für einen Wabenkörper, wie z. B. einem Katalysator-Trägerkörper oder dergleichen, verwendbar ist und bei dem selektiv diejenigen Wandsegmente verstärkt sinri,

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die bei Benutzung besonderen Beanspruchungen ausgesetzt sind. Die Versteifungselemente sind dabei erfindungsgemäß gegeben durch aus der Wand des Rohrstücks ausgeformte Außensicken. Da keine besonderen Versteifungselemente mehr aufzubringen sind, wird einerseits Material eingespart und andererseits das Einbringen von Schwachstellen in die Wand des Rohrstücks vermieden. Demgemäß zeichnet sich das erfindungsgemäße Rohrstück aus durch geringe Herstellungskosten und hohe Belastbarkeit.

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Claims

■· · · fl · · t ■ &igr; 1 · · · · ■ &igr; fl3 6 6 7 2 9 OE Schutzansprüche

1. Rohrstück (1; 11; 21), insbesondere Mantelrohr für einen Wabenkörper oder dergleichen, das eine Hauptachse (2; 12) aufweist, relativ zu der Hauptachse (2; 12) etwa gerade ist, weiter eine Wand (3? 13; 23) mit nicht wesentlich variierender Dicke hat, und ferner mindestens fin Wandsegment (4; 14) aufweist, das nirgends das Rohrstück (1; 11; 21) ganz umfängt, relativ zu der Hauptachse (2; 12) etwa gerade ist und eine Mehrzahl von Versteifungselementen enthält, dadurch gekennzeichnet, daö die Versteifungstiemente Außensicken (5; 15; 2o) sind, wobei jede Außensicke (5; 15; 25) entlang einer Streckungslinie (10; 20; 30) gestreckt ist und die Streckungslinie (10; 20; 30) die Hauptachse (2; 12) kreuzt.

2. Rohrstück (1; 11; 21) nach Anspruch 1, daduich gekennzeichnet, daß die Streckungslinie (10; 20; 30) etwa senkrecht zur Hauptachse (2; 12) ist.

3. Rohrstück (1; 11; 21) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrstück (1; 11: 21) eine Schweißnaht (6) aufweist, wobei die Schweißnaht (6) etwa parallel zu der Hauptachse (2; 1?) ist und außerhalb des die Außensicken (5; 15; 25) enthaltenden Wandsegments (4; 14) liegt.

4. Rohrstück (Ij 11; 21) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Außensicken (5; 15; 25) knickfrei aus dem Rohrstück (1; 11; 21) ausgeformt sind.

5. Rohrstück (1; 11; 21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrstück (Ij 11; 21) im Querschnitt mindestens einen Bereich geringer Krümmung (8; 28) und mindestens einen Bereich großer Krümmung (9j 29) aufweist, wobei die Außensicken (5( 15;

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25) in dem Wandsegment (4? 14) angeordnet sind, das dem Bereich geringer Krümmung (8} 28) entspricht.

6. Rohrstück (1} 11} 21) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt etwa elliptisch ist.

7. Rohrstück (1} 11} 21) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich geringer Krümmung (8} 28) etwa gerade ist.

8. Rohrstück (1; 11} 21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Außensicken (5} 15} 25) mindestens drei beträgt.

9. Rohrstück (Ij llj 21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrstück (1; 11; 21) mit einer Wabenstruktur (7) ausgefüllt ist.

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