DE102004048561A1

DE102004048561A1 - Pipe element and use of such a tubular element

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Publication number: DE102004048561A1
Application number: DE102004048561A
Authority: DE
Inventors: Lothar Dr.-Ing. Patberg; Mario Dipl.-Ing. Schmidt; Nicolaus Dipl.-Ing. Dirscherl; Andreas Dr.-Ing. Klein; Marlene Happel; Christoph Arntz
Original assignee: Wickeder Westgalenstahl GmbH; ThyssenKrupp Steel AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date: 2004-10-04
Filing date: 2004-10-04
Publication date: 2006-04-20
Also published as: CN101040106A; EP1797293A1; JP2008516130A; KR20070061585A; WO2006037409A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rohrelement und eine Verwendung für eine Abgasanlage eines Verbrennungsmotors, insbesondere für Abgasanlagen von Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge. Das erfindungsgemäße Rohrelement ermöglicht bei vereinfachter Herstellung eine optimale Ausnutzung der Eigenschaften des jeweils verarbeiteten Werkstoffs. Dies wird dadurch erreicht, dass die Wände (6-12) des Rohrelements (1) durch kraft- und formschlüssig miteinander verbundene Blechteile gebildet sind. Bevorzugt werden derartige Rohrelemente für die Abgasanlagen von Verbrennungsmotoren verwendet.The present invention relates to a pipe element and a use for an exhaust system of an internal combustion engine, in particular for exhaust systems of internal combustion engines for motor vehicles. The pipe element according to the invention allows for a simplified production of an optimal utilization of the properties of each processed material. This is achieved in that the walls (6-12) of the tubular element (1) are formed by non-positively and positively interconnected sheet metal parts. Such pipe elements are preferably used for the exhaust systems of internal combustion engines.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rohrelement für eine Abgasanlage eines Verbrennungsmotors, insbesondere für Abgasanlagen von Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge. Ebenso betrifft die Erfindung eine Verwendung eines solchen Rohrelements.The Invention relates to a pipe element for an exhaust system of an internal combustion engine, especially for Exhaust systems of internal combustion engines for motor vehicles. Likewise concerns the invention a use of such a tubular element.

Abgasanlagen von Verbrennungsmotoren werden benötigt, um die beim Betrieb eines Verbrennungsmotors anfallenden Abgase erforderlichenfalls einer Abgasreinigung zu unterziehen und den mit dem Verbrennungsvorgang einhergehenden, durch die Abgase transportierten Schall zu dämpfen. Dabei unterliegen die für die Verbindung der einzelnen Komponenten der Abgasanlage benötigten Rohre einer hohen thermischen Belastung. Dies gilt insbesondere für die Rohrabschnitte, die direkt mit dem Motor verbunden sind. Darüber hinaus sind die Rohre auch hohen korrosiven Belastungen ausgesetzt, die durch sich in den Rohren bildendes Kondensat verursacht werden, das entsteht, wenn der Verbrennungsmotor nur kurz betrieben wird und die Abgasanlage nicht ausreichend heiß wird.exhaust systems Internal combustion engines are needed to keep up with the operation of a Internal combustion engine exhaust gases if necessary one Subject to exhaust gas purification and with the combustion process accompanying attenuated by the exhaust gases transported sound. In this case subject the for the connection of the individual components of the exhaust system required pipes a high thermal load. This applies in particular to the pipe sections, which are directly connected to the engine. In addition, the pipes are too exposed to high corrosive loads, which are due to the pipes forming condensate that arises when the internal combustion engine is operated only briefly and the exhaust system is not sufficiently hot.

Es ist versucht worden, die Probleme der thermischen und korrosiven Belastung durch die Verarbeitung von hoch hitze- und korrosionsbeständigen Materialien zu beheben. Diese Materialien, bei denen es sich beispielsweise um rostfreien Stahl handelt, sind jedoch in der Regel teuer oder lassen sich nur mit zusätzlichem Aufwand verarbeiten. Auch bieten diese Werkstoffe häufig nicht die Eigenschaftskombination, die erforderlich wäre, um die sich aus thermischen, mechanischen und korrosiven Einflüssen ergebenden Mischbelastungen über die jeweils geforderte Lebensdauer standzuhalten.It has been tried the problems of thermal and corrosive Eliminate the burden of processing high heat and corrosion resistant materials. These materials, which are for example stainless Steel trades, but are usually expensive or can only be with additional Process effort. Also, these materials often do not offer the combination of properties that would be required to be derived from thermal, mechanical and corrosive influences resulting mixing loads on the each withstand the required service life.

Ausgehend von dem voranstehend erläuterten Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Rohrelement für eine Abgasanlage von Verbrennungsmotoren zu schaffen, das bei vereinfachter Herstellung eine optimale Ausnutzung der Eigenschaften des jeweils verarbeiteten Werkstoffs ermöglicht. Darüber hinaus sollte eine bevorzugte Verwendung eines solchen Rohrelements angegeben werden.outgoing from the above Prior art, the invention was the object of a pipe element for one To create exhaust system of internal combustion engines, at simplified Making an optimal use of the properties of each one processed material allows. About that In addition, a preferred use of such a tubular element be specified.

In Bezug auf das Rohrelement für eine Abgasanlage eines Verbrennungsmotors ist diese Aufgabe dadurch gelöst worden, dass die Wände des Rohrelements durch kraft- und formschlüssig miteinander verbundene Blechteile gebildet sind.In With respect to the tubular element for an exhaust system of an internal combustion engine, this task is characterized solved been that the walls of the tubular element by non-positively and positively connected Sheet metal parts are formed.

Anders als bei üblichen Abgasanlagen wird ein erfindungsgemäßes Rohrelement nicht als längsnahtgeschweißtes Rohr hergestellt, sondern aus einzelnen Blechzuschnitten zusammengefügt. Die Blechzuschnitte werden dabei nicht stoffschlüssig miteinander verschweißt, sondern sie werden durch Form- und Kraftschluss miteinander verbunden. Auf diese Weise wird zum einen eine thermische Belastung der Stellen, an denen die Wände des Rohrelements geschlossen werden müssen, vermieden. Durch thermische Einflüsse beim Schweißen unvermeidbare Gefügeveränderungen des Blechmaterials im Bereich der Fügezone treten daher bei einem erfindungsgemäßen Rohrelement nicht mehr auf. Diese Gefügeveränderungen bilden bei bekannten Auspuffrohren vielfach den Ausgangspunkt von Korrosion, die zu einem vorzeitigen Defekt der Abgasanlage führen kann.Different as with usual Exhaust systems, a pipe element according to the invention is not as longitudinally welded pipe produced, but assembled from individual sheet metal blanks. The sheet metal blanks do not become cohesive with each other welded, but they are connected by form and adhesion. In this way, on the one hand, a thermal load on the bodies, where the walls are of the pipe element must be closed avoided. By thermal influences when welding unavoidable microstructural changes of the sheet material in the region of the joining zone therefore occur at a pipe element according to the invention not on anymore. These structural changes form in known exhaust pipes often the starting point of Corrosion, which can lead to premature failure of the exhaust system.

Da bei einem erfindungsgemäßen Rohrelement eine Erwärmung der miteinander zu verbindenden Blechteile vermieden werden kann, können auch im Bereich der Fügezone selbst die jeweiligen Eigenschaften der miteinander verbundenen Bleche uneingeschränkt genutzt werden. So müssen dort insbesondere keine Einbußen hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit der verarbeiteten Materialien hingenommen werden.There in a pipe element according to the invention a warming the sheet metal parts to be joined can be avoided, can also in the area of the joining zone even the particular characteristics of interconnected Sheets unrestricted be used. So have to there in particular no losses in terms of corrosion resistance the processed materials are accepted.

Die Erfindung macht sich auf diese Weise die aus der EP 0 868 237 B1 an sich bekannte Möglichkeit zu Nutze, gemäß der Metallprofile aus mindestens zwei gefügten Teilen erzeugt werden können, die ausschließlich durch Klemmkraft untereinander verbunden sind. Die Herstellung der bekannten Metallprofile erfolgt dabei in der Weise, dass zunächst in einem der zu fügenden Teile eine Nut eingeformt wird. Bei dieser Einformung findet eine Gefügeveränderung in der näheren Umgebung der Nut statt. Dann wird in diese Nut ein anderes aus Flachmaterial bestehendes Teil mit seiner Schmalseite eingesetzt und in der Nut durch Verquetschen des der Nut benachbarten Materials in dem einen Teil festgeklemmt. Diese Umformoperation hat eine weitere Gefügeveränderung zur Folge, so dass eine ausschließlich kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen den beiden aneinander anzuschließenden Teilen hergestellt ist.The invention is made in this way from the EP 0 868 237 B1 known possibility to use according to the metal profiles can be produced from at least two joined parts, which are interconnected exclusively by clamping force. The production of the known metal profiles is carried out in such a way that initially in one of the parts to be joined a groove is formed. In this indentation, a structural change takes place in the vicinity of the groove. Then another part consisting of flat material with its narrow side is inserted into this groove and clamped in the groove by crimping the groove adjacent material in the one part. This forming operation results in a further microstructural change, so that an exclusively non-positive and positive connection between the two parts to be connected to each other is made.

Dementsprechend sieht die Erfindung gemäß einer ersten Ausgestaltung vor, zur Verbindung von zwei aneinander grenzenden Wänden die erste Wand mit einem ihrer Kantenbereiche in eine in die zweite Wand eingeformte Nut zu stellen und dann das seitlich der Nut vorhandene Material der zweiten Wand mindestens abschnittsweise gegen den in der Nut stehenden Kantenbereich der ersten Wand zu drücken, um den kraft- und formschlüssigen Halt herzustellen.Accordingly see the invention according to a first embodiment, for the connection of two adjacent walls the first wall with one of its edge areas in one in the second Wall formed groove and then the side of the groove existing Material of the second wall at least partially against the in the edge of the groove of the first wall to press the non-positive and positive Stop producing.

Da der Einfluss der im Zuge des aus der EP 0 868 237 B1 bekannten Verfahrens eintretenden Gefügeveränderungen minimal ist, haben diese Gefügeänderungen anders als die sich im Bereich einer Schweißzone ereignenden Gefügeänderungen keine Auswirkung auf die Werkstoffeigenschaften im Bereich der Fügezone. Im Ergebnis stellt die Erfindung so ein Rohrelement für eine Abgasanlage von Verbrennungsmotoren zur Verfügung, das einfach herzustellen ist und eine optimale Ausnutzung der Eigenschaften des jeweils verarbeiteten Werkstoffs ermöglicht.Since the influence of in the course of out of the EP 0 868 237 B1 known microstructure changes occurring is minimal, these microstructural changes, unlike the structural changes occurring in the region of a weld zone have no effect on the material properties in the region of the joining zone. As a result, the invention provides such a pipe element for an exhaust system of internal combustion engines, which is easy to manufacture and allows optimum utilization of the properties of the respective processed material.

Ein besonderer Vorteil eines erfindungsgemäßen Rohrelements besteht darin, dass es problemlos mehr als einen Rohrkanal aufweisen kann. Dementsprechend lassen sich erfindungsgemäße Rohrelemente ohne weiteres so konfigurieren, dass jedem Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors ein eigener Rohrkanal zugeordnet wird. Eine einfache, übersichtliche Montage ist dabei dadurch gewährleistet, dass die einzelnen Rohrkanäle sich gruppenweise oder insgesamt gemeinsam zu einem Rohrelement zusammenfassen lassen. Dabei lässt sich der Materialbedarf und der Fertigungsaufwand dadurch minimieren, dass die Rohrkanäle durch jeweils eine Wand voneinander getrennt sind.One particular advantage of a pipe element according to the invention is that it can easily have more than one pipe channel. Accordingly let tubular elements according to the invention readily configure so that each combustion chamber of the Internal combustion engine is assigned its own pipe channel. A simple, clear Assembly is thereby ensured that the individual pipe channels in groups or in total together to form a pipe element to summarize. It is possible minimize material requirements and manufacturing costs that the pipe channels are separated by a wall.

Fertigungstechnisch besonders einfach herstellen lässt sich ein mehrzügiges Rohrelement dadurch, dass es eine Bodenwand und eine Deckelwand aufweist, zwischen denen die die Rohrkanäle trennenden Seitenwände stehen.manufacturing technology particularly easy to manufacture a multi-generous one Pipe element in that it has a bottom wall and a top wall between which stand the pipe channels separating side walls.

Ein weiterer für die Praxis besonders bedeutender Vorteil der Erfindung besteht darin, dass nach Art eines Hohlprofils ausgebildete erfindungsgemäße Rohrelemente neben ihrer Funktion als Teil der Abgasanlage eines Fahrzeugs auch als Konstruktionsbauteil in die Tragstruktur des Fahrzeugs einbezogen werden können.One more for the practice of a particularly significant advantage of the invention is that in the manner of a hollow profile formed according to the invention tube elements besides their function as part of the exhaust system of a vehicle as well be included as a structural component in the support structure of the vehicle can.

Praktische Versuche haben ergeben, dass sich erfindungsgemäße Rohrelemente insbesondere dazu eignen, aus Titan-, Aluminium-, Titan-Carbon-Hybrid und/oder Edelstahlwerkstoff hergestellt zu werden. Selbstverständlich können erfindungsgemäße Rohrelemente in gleicher Weise auch aus Stahlwerkstoffen hergestellt werden. So eignen sich insbesondere mit einer Oberflächenbeschichtung, wie einer Plattierung, versehene Stahlwerkstoffe für die Herstellung erfindungsgemäßer Rohrelemente. Gerade bei solchen oberflächenbeschichteten Materialien wirkt sich der besondere Vorteil der Erfindung aus, da es im Bereich der Verbindung zwischen den einzelnen Wandelementen des Rohrelements zu keiner thermisch bedingten Gefügeveränderung kommt, die andernfalls die jeweilige Schutzwirkung der Oberflächenschicht beeinträchtigen könnte.practical Experiments have shown that pipe elements according to the invention in particular titanium, aluminum, titanium-carbon hybrid and / or stainless steel material to be manufactured. Of course, pipe elements according to the invention in the same way be made of steel materials. So are particularly suitable with a surface coating, such as a Plating, provided steel materials for the production of pipe elements according to the invention. Just in such surface-coated Materials has the particular advantage of the invention, as it is in the area of the connection between the individual wall elements of the tubular element to no thermally induced microstructural change otherwise, the respective protective effect of the surface layer impair could.

Erfindungsgemäß beschaffene Rohrelemente eignen sich aufgrund der Möglichkeit einer optimierten Nutzung der jeweiligen Materialeigenschaften besonders für die Verwendung als Auspuffblende für Personenkraftfahrzeuge.According to the invention procured Pipe elements are suitable because of the possibility of an optimized Use of the respective material properties especially for the use as exhaust cover for Passenger vehicles.

Nachfolgend wird Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:following Invention will be described with reference to an exemplary embodiment Drawing closer explained. Each show schematically:

1 ein als Auspuffblende an der Abgasanlage eines PKW's eingesetztes Rohrelement in perspektivischer Ansicht; 1 a used as exhaust panel on the exhaust system of a car pipe element in perspective view;

2 einen PKW in einer Ansicht von hinten. 2 a car in a view from behind.

Das als Blende für den Auspuff eines PKW's P eingesetzte Rohrelement 1 weist vier Rohrkanäle 2, 3, 4, 5 auf, durch die die vom nicht dargestellten Verbrennungsmotor des PKW's P erzeugten Abgase in die Umgebung geleitet werden.The pipe element used as an aperture for the exhaust of a car P 1 has four pipe channels 2 . 3 . 4 . 5 on, through which the exhaust gases generated by the internal combustion engine of the car P, not shown, are conducted into the environment.

Das Rohrelement 1 weist dazu eine Bodenwand 6 und eine Deckelwand 7 auf, zwischen denen in regelmäßigen Abständen angeordnet die die Rohrkanäle 2, 3, 4, 5 seitlich begrenzenden Seitenwände 8–12 positioniert sind. Die Seitenwände 8–12 sind dabei jeweils form- und kraftschlüssig mit der Bodenwand 6 und der Deckelwand 7 verbunden.The pipe element 1 has a bottom wall 6 and a top wall 7 on, between which the pipe channels are arranged at regular intervals 2 . 3 . 4 . 5 laterally delimiting side walls 8th - 12 are positioned. The side walls 8th - 12 are in each case positive and non-positive with the bottom wall 6 and the top wall 7 connected.

Zu diesem Zweck sind für jede der Seitenwände 8–12 jeweils gegenüberliegend Nuten 13, 14 in die Bodenwand 6 und die Deckelwand 7 eingeformt worden. Die Nuten 13, 14 erstrecken sich dabei in Richtung der Längserstreckung der Rohrkanäle 2–5. Ihre ursprüngliche Breite B entsprach der Dicke D der Seitenwände 8–12.For this purpose are for each of the side walls 8th - 12 each opposite grooves 13 . 14 in the bottom wall 6 and the top wall 7 been formed. The grooves 13 . 14 extend in the direction of the longitudinal extension of the pipe channels 2 - 5 , Their original width B corresponded to the thickness D of the side walls 8th - 12 ,

In die Nuten 13 der Bodenwand 6 sind dann die Seitenwände 8–12 gestellt worden. Anschließend ist das beidseits seitlich der Nuten 13 jeweils vorhandene Material der Bodenwand 6 mittels eines geeigneten, hier nicht gezeigten Werkzeugs in der aus der EP 0 868 237 B1 bekannten Weise gegen den in der Nut 13 stehenden Randabschnitt der jeweiligen Seitenwand 8–12 gedrückt worden. Nach Abschluss dieser Umformung waren die Seitenwände 8–12 unlösbar mit der Bodenwand 6 verbunden. Daraufhin ist die Deckelwand 7 auf die Seitenwände 8–12 so aufgelegt worden, dass die Seitenwände 8–12 mit ihren von der Bodenwand 6 abgewandten Längskanten in den Nuten 14 der Deckenwand 7 sitzen. Anschließend ist wiederum entsprechend der aus der EP 0 868 237 B1 bekannten Vorgehensweise das seitlich der Nuten 14 vorhandene Material in Richtung der in den Nuten 14 stehenden Randbereiche der Seitenwände 8–12 gedrückt worden, bis auch die form- und kraftschlüssige feste Verbindung zwischen der Deckelwand 7 und den Seitenwänden 8–12 fertig gestellt war. Die in Folge der Materialverdrängung jeweils beidseits der Nuten 13, 14 vorhandenen Rillen 15, 16 sind in 1 zur Verdeutlichung in einer nicht realistischen, übergroßen Weise dargestellt.In the grooves 13 the bottom wall 6 then are the side walls 8th - 12 been put. Then this is on both sides of the grooves 13 each existing material of the bottom wall 6 by means of a suitable, not shown here tool in the from EP 0 868 237 B1 known manner against the in the groove 13 standing edge portion of the respective side wall 8th - 12 been pressed. After completion of this transformation, the side walls were 8th - 12 unsolvable with the bottom wall 6 connected. Then the top wall is 7 on the side walls 8th - 12 placed so that the side walls 8th - 12 with their from the bottom wall 6 remote longitudinal edges in the grooves 14 the ceiling wall 7 to sit. Subsequently, in turn, according to the EP 0 868 237 B1 known procedure the side of the grooves 14 existing material in the direction of the grooves 14 standing edge areas of the side walls 8th - 12 been pressed until the positive and non-positive fixed connection between the De ckelwand 7 and the side walls 8th - 12 was finished. The result of the material displacement on both sides of the grooves 13 . 14 existing grooves 15 . 16 are in 1 presented for clarity in a non-realistic, oversized manner.

Das so erhaltene Rohrelement 1 lässt sich über ein geeignetes, hier nicht gezeigtes Adapterstück problemlos an eine im Übrigen konventionell ausgebildete, hier ebenfalls nicht dargestellte Abgasanlage anschließen und an der Karosserie des PKW's befestigen.The tube element thus obtained 1 can be connected via a suitable, not shown here adapter piece easily to a otherwise conventionally trained, also not shown here exhaust system and attach to the body of the car.

11: Rohrelementtube element
2, 3, 4, 52, 3, 4, 5: Rohrkanälepipe ducts
66: Bodenwand des Rohrelements 1 Bottom wall of the tubular element 1
77: Deckelwand des Rohrelements 1 Cover wall of the tubular element 1
8–128-12: Seitenwändeside walls
13, 1413 14: Nutengroove
15, 1615 16: Rillengrooves
BB: ursprüngliche Breite der Nuten 13, 14 original width of the grooves 13 . 14
DD: Dicke der Seitenwände 8–12 Thickness of the side walls 8th - 12
PP: Personenkraftfahrzeug (PKW)Passenger car (PKW)

Claims

Pipe element for an exhaust system of an internal combustion engine, in particular for exhaust systems of internal combustion engines for motor vehicles, characterized in that the walls ( 6 - 12 ) of the tubular element ( 1 ) are formed by non-positively and positively interconnected sheet metal parts.

Pipe element according to claim 1, characterized in that for the connection of two adjoining walls ( 6 - 12 ) the first wall ( 8th - 12 ) with one of its edge areas in one in the second wall ( 6 . 7 ) molded groove ( 13 . 14 ) and the side of the groove ( 13 . 14 ) existing material of the second wall ( 6 . 7 ) at least in sections against that in the groove ( 13 . 14 ) edge region of the first wall ( 8th - 12 ) is pressed to produce the positive and positive fit.

Pipe element according to one of the preceding claims, characterized in that it has more than one pipe channel ( 2 - 5 ) having.

Pipe element according to claim 3, characterized in that the pipe channels ( 2 - 5 ) by one wall ( 8th - 12 ) are separated from each other.

Pipe element according to one of claims 3 or 4, characterized in that it has a bottom wall ( 6 ) and a top wall ( 7 ), between which the pipe channels ( 2 - 5 ) separating side walls ( 8th - 12 ) stand.

Pipe element according to one of the preceding claims, characterized in that it consists of a titanium, aluminum, titanium-carbon hybrid and / or Stainless steel material is made.

Use of a pipe element formed according to one of claims 1 to 6 ( 1 ) as exhaust cover for passenger cars (P).