DE102007032267B4

DE102007032267B4 - Abgasanlagen-Rohr mit maßgeschneiderter Wandstärke

Info

Publication number: DE102007032267B4
Application number: DE102007032267.6A
Authority: DE
Inventors: Dr. Cui Hongjiang; Erich Weigele
Original assignee: Emcon Technologies Germany Augsburg GmbH
Current assignee: Faurecia Emissions Control Technologies Germany GmbH
Priority date: 2007-07-11
Filing date: 2007-07-11
Publication date: 2018-01-18
Anticipated expiration: 2027-07-12
Also published as: CN101743388B; WO2009007099A1; CN101743388A; US10087808B2; US20100288391A1; DE102007032267A1

Abstract

Rohr (10) für eine Abgasanlage, mit einem Anbauteil (18), das mit dem Rohr (10) durch eine Lotnaht (20) fest verbunden ist, wobei das Anbauteil (18) als eines der folgenden Bauteile ausgebildet ist, um lokal eine maßgeschneiderte Wandstärke zu erhalten: Hülse, kurzes Rohrteil, Funktionsbauteil, Düse, wobei im Bereich des Anbauteils (18) ein drittes Teil (22; 26) angebracht und mittels einer Schweißnaht (24) so befestigt ist, dass das Anbauteil (18) und das dritte Teil (22; 26) einen axialen Überlapp aufweisen und die Schweißnaht (24) axial im Bereich des Anbauteils (18) angeordnet ist, wobei das Rohr (10) eine so geringe Wandstärke hat, dass es alleine ein Schweißen nicht zulässt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rohr für eine Abgasanlage.
Bei Kraftfahrzeugen ist es allgemein das Bestreben der Konstrukteure, alle Bauteile mit einem möglichst geringen Gewicht auszuführen. Auf diese Weise lässt sich insbesondere eine Kraftstoffeinsparung beim Betrieb des Kraftfahrzeugs erzielen. Ein Ansatz zur Gewichtsoptimierung besteht bei Abgasanlagen darin, Rohre mit maßgeschneiderten Wandstärken zu verwenden, sog. „tailored tubes”. Der Begriff „maßgeschneiderte Wandstärke” bedeutet, dass die Wandstärke an jeder Stelle des Rohres an die dort herrschenden Belastungen angepasst ist, also in Bereichen mit hoher mechanischer Belastung eine höhere Wandstärke verwendet wird als in anderen Bereichen, die geringer belastet werden.
Allerdings ist bisher ein sehr hoher Aufwand notwendig, um die Wandstärken des Rohres an die jeweiligen Belastungen anzupassen, da Änderungen der Wandstärke bei den üblicherweise gezogenen Rohren, wie sie für Abgasanlagen verwendet werden, nur sehr schwer bewerkstelligt werden können. Aus diesem Grund wird die Wandstärke der Rohre von Abgasanlagen meist anhand der im jeweiligen Abschnitt maximal wirkenden Belastung festgelegt, beispielsweise, um die Dauerfestigkeit in einem schwingungstechnisch stark belasteten Abschnitt zu erreichen oder die Prozesssicherheit beim Schweißen zu gewährleisten, wenn Schweißnähte vorgesehen werden müssen. Insbesondere Schweißnähte führen bei Abgasanlagen dazu, dass Rohre mit einer eigentlich übermäßig großen Wandstärke verwendet werden. Um eine Schweißnaht mit der üblichen Genauigkeit prozesssicher herstellen zu können, jedenfalls mit dem aus Kostengründen meist verwendeten MAG-Schweißen, werden heute Wandstärken im Bereich von 1,0 mm bis 1,5 mm verwendet. Im Hinblick auf die mechanische Festigkeit des Rohres wäre aber über weite Bereiche eine Wandstärke von 0,8 mm ausreichend. Hieraus ist zu ersehen, dass sich durch ein Rohr mit jeweils maßgeschneiderter Wandstärke eine erhebliche Gewichtseinsparung realisieren ließe.
Es wurden Versuche durchgeführt, um eine maßgeschneiderte Wandstärke durch lokales Stauchen eines Rohres herbeizuführen. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass dieses Verfahren bei dünnen Rohren nicht hinreichend prozesssicher ist.
Abgasanlagen mit gelöteten Verbindungen sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt. So ist in der DE 195 08 217 A1 ein metallischer Katalysator-Trägerkörper für Verbrennungskraftmaschinen offenbart, der in einem Mantelrohr aufgenommen ist, wobei zur Halterung des Katalysator-Trägerkörpers Hülsen vorgesehen sind, die mit der Innenfläche des Mantelrohrs verlötet sein können.
Darüber hinaus beschreibt die DE 10 2004 038 099 A1 eine Abgasanlage mit einem ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil, wobei zwischen den beiden Bauteilen eine Induktions-Lötstelle vorhanden ist.
Im Übrigen zeigt die JP H10-246110 A eine Abgasanlage für Kraftfahrzeuge, mit einem metallischen Katalysatorträger, der in einem äußeren Zylinder aufgenommen und an einer Zylinder-Innenseite befestigt ist, wobei der äußere Zylinder mit einem Abgasrohr der Abgasanlage verschweißt ist.
Daher besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Rohr für eine Abgasanlage zu schaffen, welches unter geringem Aufwand mit jeweils maßgeschneiderter Wandstärke hergestellt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Rohr für eine Abgasanlage vorgesehen, einem Anbauteil, das mit dem Rohr durch eine Lotnaht fest verbunden ist, wobei das Anbauteil als eines der folgenden Bauteile ausgebildet ist, um lokal eine maßgeschneiderte Wandstärke zu erhalten: Hülse, kurzes Rohrteil, Funktionsbauteil, Düse, wobei im Bereich des Anbauteils ein drittes Teil angebracht und mittels einer Schweißnaht so befestigt ist, dass das Anbauteil und das dritte Teil einen axialen Überlapp aufweisen und die Schweißnaht axial im Bereich des Anbauteils angeordnet ist, wobei das Rohr eine so geringe Wandstärke hat, dass es alleine ein Schweißen nicht zulässt. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass mittels einer Lotnaht das Anbauteil, also ein sich über eine kurze Länge erstreckendes Verstärkungsteil, prozesssicher am Rohr befestigt werden kann. Die Erfindung macht sich zum einen die Erkenntnis zunutze, dass Löten ein extrem prozesssicheres Verfahren ist. Mit dem Anbauteil kann jeweils lokal die Wandstärke herbeigeführt werden, die in Anbetracht der dort wirkenden Belastungen notwendig ist.
Es ist grundsätzlich ohne Auswirkung auf die Festigkeit, ob das Anbauteil innerhalb oder außerhalb des Rohres angeordnet ist.
Bei dem gemäß der Erfindung vorgesehenen dritten Teil kann es sich um eine Befestigungslasche oder ein Befestigungsauge handeln, welches zur Anbringung der Abgasanlage am Kraftfahrzeug verwendet wird. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass sich ein Rohr, welches lokal mittels des Anbauteils mit einer erhöhten Wandstärke versehen ist, also eigentlich zweilagig aufgebaut ist, beim Schweißen wie ein Rohr mit einer originär hohen Wandstärke verhält. Beispielsweise verhält sich ein Rohr mit einer Wandstärke von 0,8 mm, das mit einem Anbauteil mit einer Wandstärke von ebenfalls 0,8 mm versehen ist, im Bereich des Anbauteils wie ein Rohr mit einer Wandstärke von 1,6 mm. An diesem Rohr kann problemlos das dritte Teil angeschweißt werden, obwohl das eigentliche Rohr und auch das Anbauteil jeweils eine Wandstärke haben, die ein Schweißen eigentlich nicht zulässt. Dabei ist es auch ohne Bedeutung, dass die zum Anschweißen des dritten Teils zugeführte Energie dazu führt, dass das Lotmaterial zwischen dem Rohr und dem Anbauteil partiell aufschmilzt. In Versuchen hat sich herausgestellt, dass die Qualität der Lotnaht auch durch mehrfaches Wiederaufschmelzen nicht beeinträchtigt wird.
Bei dem dritten Teil kann es sich auch um ein Gehäuse eines Schalldämpfers oder eines Katalysators handeln. Dieses kann auch bei geringen Wandstärken des Abgasrohrs angebracht werden, beispielsweise durch Laserschweißen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Teils einer Abgasanlage;
2 ein erstes Beispiel für ein erfindungsgemäßes Rohr;
3 ein zweites Beispiel für ein erfindungsgemäßes Rohr;
4 ein drittes Beispiel für ein erfindungsgemäßes Rohr;
5 ein viertes Beispiel für ein erfindungsgemäßes Rohr; und
6 ein fünftes Beispiel für ein erfindungsgemäßes Rohr.
In 1 ist allgemein ein Rohr 10 für eine Abgasanlage gezeigt. Es besteht hier aus einem ersten Abschnitt 12, einem zweiten Abschnitt 14 und einem dritten Abschnitt 16. Insbesondere die Abschnitte 12 und 16 sind mit einer Wandstärke ausgeführt, die deutlich kleiner ist als die derzeit übliche Wandstärke von Abgasanlagenrohren. Die Wandstärke beträgt vorzugsweise in der Größenordnung von 0,8 mm.
Diese Wandstärke ist nicht ausreichend, um eine Befestigungslasche oder ein Befestigungsauge anbringen zu können. Um lokal eine maßgeschneiderte Wandstärke zu erhalten, ist ein Anbauteil 18 (siehe 2) vorgesehen, welches als kurze Hülse ausgeführt ist, die im Inneren des Rohres 10 angeordnet ist, beispielsweise im Bereich II von 2. Zwischen dem Anbauteil 18 und dem Rohr 10 befindet sich eine Lotnaht 20, die gebildet ist durch ein Hochtemperaturlot. Diese Lotnaht kann durch Induktionslöten, Durchlaufofenlöten oder Kammerlöten hergestellt werden, erforderlichenfalls unter Verwendung von Schutzgas und Flussmittel. Die Wandstärke des Anbauteils 18 beträgt in der Größenordnung von 0,8 mm, so dass lokal eine Wandstärke von 1,6 mm erhalten wird. Dies ermöglicht, ein drittes Teil in der Form eines Befestigungsauges 22 anzubringen, welches am Rohr 10 angeschweißt ist (siehe die Schweißnaht 24). Das Rohr 10 verhält sich beim Schweißen aufgrund der lokal erhöhten Wandstärke, ungeachtet der Tatsache, dass es dort zweilagig aufgebaut ist, wie ein Rohr mit einer Wandstärke von 1,6 mm.
Der besondere Vorteil, der sich beim Einlöten des Anbauteils ergibt, besteht darin, dass die Lotnaht zu einem „weichen” Querschnittssprung führt, anders als eine Schweißnaht. Aus diesem Grunde ergeben sich sehr gute Dauerfestigungswerte beim Rohr mit eingelötetem Anbauteil.
In 3 ist eine Alternative zu der in 2 gezeigten Ausführungsform gezeigt. Der Unterschied besteht darin, dass das Anbauteil 18 hier nicht in das Innere des Rohres 10 eingeschoben ist, sondern auf die Außenseite des Rohres aufgesetzt ist. Anschließend wird das Anbauteil 18 mit dem Rohr 10 verlötet, so dass sich lokal eine an die jeweiligen Anforderungen angepasste, maßgeschneiderte Wandstärke ergibt. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn das Anbauteil 18 nicht am Ende des Rohres 10 angeordnet werden soll, sondern weiter innen. In diesem Fall kann ein außenliegendes Anbauteil leichter fixiert werden.
Das Anbauteil 18 muss nicht notwendigerweise als in Umfangsrichtung geschlossenes Rohr ausgeführt sein, sondern kann beispielsweise als gebogener Blechzuschnitt ausgeführt sein. Auf diese Weise kann das Anbauteil 18 beispielsweise hinter einem Bogen angebracht werden.
In 4 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, welches beispielsweise im Bereich IV von 1 verwendet werden kann. Auf das Rohr 10 ist ein Anbauteil 18 in der Form eines Kurzrohres aufgelötet, welches eine größere Wandstärke hat als das Rohr 10. Auf diese Weise werden im Bereich des Kurzrohres höhere Festigkeitswerte erreicht als im Bereich des Rohres 10.
Auch bei dieser Ausführungsform ist es besonders vorteilhaft, dass die Lotnaht 20 sich bei Dauerfestigkeitsversuchen als weicher Querschnittsübergang darstellt und nicht als harter Querschnittssprung, wie dies bei einer Schweißnaht der Fall wäre. Daher führt die Lotnaht 20 nicht zu einer Beeinträchtigung der Dauerfestigkeit.
In 5 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, wie es im Bereich V von 1 verwendet werden kann. Das Anbauteil 18 ist hier als Funktionsteil ausgeführt, nämlich als Düse im Inneren des Rohres 10. Dieses Anbauteil lässt sich mit geringem Aufwand an der gewünschten Stelle im Inneren des Rohres 10 positionieren und einlöten.
In 6 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem als drittes Teil ein Gehäuse 26 eines Schalldämpfers mit dem Abgasrohr verbunden ist, beispielsweise im Bereich VI von 1. Dieses ist innenseitig, ähnlich der Ausführungsform von 2, mit dem Anbauteil 18 verstärkt. Dies ermöglicht, am Rohr 10 das Gehäuse 26 anzuschweißen, beispielsweise mittels Laserschweißen. Gleichzeitig kann ein innerhalb des Gehäuses angeordnetes Innenrohr 28 des Schalldämpfers mit dessen Gehäuse 26 und dem Rohr 10 verbunden werden.
Bei dem Gehäuse 26 kann es sich natürlich auch um ein anderes Funktionsteil oder. Bauteil einer Abgasanlage handeln als um einen Schalldämpfer, beispielsweise um einen Katalysator oder um einen Filter.
Bezugszeichenliste

10: Rohr
12: erster Bereich
14: zweiter Bereich
16: dritter Bereich
18: Anbauteil
20: Lotnaht
22: Befestigungsauge
24: Schweißnaht
26: Gehäuse
28: Innenrohr

Claims

Rohr (10) für eine Abgasanlage, mit einem Anbauteil (18), das mit dem Rohr (10) durch eine Lotnaht (20) fest verbunden ist, wobei das Anbauteil (18) als eines der folgenden Bauteile ausgebildet ist, um lokal eine maßgeschneiderte Wandstärke zu erhalten: Hülse, kurzes Rohrteil, Funktionsbauteil, Düse, wobei im Bereich des Anbauteils (18) ein drittes Teil (22; 26) angebracht und mittels einer Schweißnaht (24) so befestigt ist, dass das Anbauteil (18) und das dritte Teil (22; 26) einen axialen Überlapp aufweisen und die Schweißnaht (24) axial im Bereich des Anbauteils (18) angeordnet ist, wobei das Rohr (10) eine so geringe Wandstärke hat, dass es alleine ein Schweißen nicht zulässt.
Rohr (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anbauteil (18) innerhalb des Rohres (10) angeordnet ist.
Rohr (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anbauteil (18) außerhalb des Rohres (10) angeordnet ist.
Rohr (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Anbauteil (18) bündig mit dem Rohr (10) angeordnet ist.
Rohr (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem dritten Teil um ein Gehäuse (26) handelt.
Rohr nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Gehäuse (26) um das Gehäuse eines Schalldämpfers oder eines Katalysators handelt.
Rohr (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Rohres (10) in der Größenordnung von 0,6 bis 0,8 mm beträgt.
Rohr (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Anbauteils (18) in der Größenordnung von 0,2 bis 0,8 mm beträgt.
Rohr (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lotnaht (20) aus einem Hochtemperaturlot besteht.
Rohr (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lotnaht (20) durch Induktionstöten hergestellt ist, insbesondere durch Hochtemperatur-Induktionslöten.