DE102011051057A1

DE102011051057A1 - Verfahren zur Herstellung eines Rohres für Abgasanlagen

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Publication number: DE102011051057A1
Application number: DE102011051057A
Authority: DE
Inventors: Dr. Hauger Andreas; Tobias Hufnagel; Dr. Brecht Jörg; Tobias Dreyer
Original assignee: Muhr und Bender KG
Current assignee: Muhr und Bender KG
Priority date: 2011-06-14
Filing date: 2011-06-14
Publication date: 2012-09-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rohres 2 für Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen mit den Schritten: Flexibles Walzen von Bandmaterial, wobei in Längsrichtung des Bandmaterials eine variable Dicke mit zumindest ersten Bereichen 7 größerer Dicke und zweiten Bereichen 8 geringerer Dicke erzeugt wird; Umformen des Bandmaterials oder von aus dem Bandmaterial hergestellten Platinen zu einem geschlitzten Rohr; Längsverschweißen des geschlitzten Rohres, wobei ein im Querschnitt geschlossenes Rohr erzeugt wird; Biegen des geschlossenen Rohres in zumindest einem der ersten Bereiche 7 des Rohres mit größerer Dicke, wobei durch das Biegen ein gekrümmter Rohrabschnitt 13, 15, 17, 19, 22 erzeugt wird. Die Erfindung betrifft ferner Rohre für Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rohr für Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen. Abgasrohre für Kraftfahrzeuge werden zur gezielten Abführung des aus dem Motor austretenden Abgase verwendet. Dabei verbinden Abgasrohre Komponenten der Abgasanlage, beispielsweise Katalysatoren, Partikelfilter, Mittel- und Endschalldämpfer, und führen die Abgase schließlich in die Umgebung.
Aus der DE 101 58 358 A1 ist ein Rohr für Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen aus mehreren entlang der Rohrlängsachse angeordneten Abschnitten bekannt, deren Dimensionierung an die beim Betrieb des Fahrzeuges auf sie einwirkenden, unterschiedlichen Belastungen angepasst ist. Die Anschlussabschnitte an den Schalldämpfern und die Abschnitte für die Aufhängung sind aus einem Blech dickerer Wandstärke gefertigt als die dazwischen liegenden Abschnitte. Das gesamte Rohr mit dem einzelnen Abschnitten ist aus einer Platine nach „tailored blanks“-Art hergestellt, das heißt die aus einzelnen ebenen, aneinandergeschweißten Blechzuschnitten gebildete Platine wird zu einem Rohr umgeformt und längsnahtgeschweißt. Die Dickensprünge liegen außen, so dass die Abschnitte im Rohrinneren sprungfrei ineinander übergehen, so dass Strömungsverluste verhindert werden.
Aus der DE 42 28 188 A1 ist ein schwingungs-, biegungs- und dehnungsresorbierendes Vorrohr eines Verbrennungsmotors zur dauerhaften Verbindung eines Abgaskrümmers mit einer Katalysatorbirne bekannt. Das Vorrohr ist einstückig mittels Hydroformverfahren hergestellt, hat einen gebogenen Verlauf mit fließenden Übergängen und einen ovalen Querschnitt. Die Wandstärke des Vorrohres ist überall konstant.
Aus der EP 1 479 458 A2 ist ein Verfahren zum Herstellen von Rohren und Profilen mit über der Länge variabler Wanddicke bekannt. Das Verfahren umfasst die Schritte flexibles Walzen von endlosem Bandmaterial mit in Längsrichtung des Bandmaterials variabler, durchgehend gegenüber der Ausgangsdicke reduzierter Enddicke, Umformen des Bandmaterials zu einem endlosen Rohr oder Profil und Ablängen einzelner Rohr- oder Profilstücke vom endlosen Rohr oder Profil.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Rohres für Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen vorzuschlagen, das einfach und kostengünstig ist, wobei das nach dem Verfahren herzustellende Rohr ein geringes Gewicht aufweisen und gleichzeitig zuverlässig den Belastungen des Rohres bei der Fertigung und im Betrieb standhalten.
Die Lösung besteht in einem Verfahren zur Herstellung eines Rohres für Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen mit den Schritten:
Flexibles Walzen von Bandmaterial, wobei in Längsrichtung des Bandmaterials eine variable Dicke mit zumindest ersten Bereiche größerer Dicke und zweiten Bereichen geringerer Dicke erzeugt wird,
Umformen des Bandmaterials oder von aus dem Bandmaterial hergestellten Platinen zu einem geschlitzten Rohr,
Längsverschweißen des geschlitzten Rohres, wobei ein im Querschnitt geschlossenes Rohr erzeugt wird,
Biegen des geschlossenen Rohres in zumindest einem der ersten Bereiche des Rohres mit größerer Dicke, wobei durch das Biegen ein gekrümmter Rohrabschnitt erzeugt wird.
Mit diesem Verfahren wird in vorteilhafter Weise die Herstellung eines gewichtsoptimierten Rohres für Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen erreicht, das einfach und kostengünstig ist. Die Wanddicken der Abgasrohre werden durch den Einsatz von flexibel gewalztem Band so gestaltet, dass nur diejenigen Rohrbereiche mit einer relativ hohen Banddicke ausgeführt werden, die während des Herstellungsprozesses oder während des Betriebs im Fahrzeug einer hohen Belastung unterliegen. Gering belastete Bereiche können mit einer relativ geringen Banddicke ausgeführt werden. Insgesamt können die Bauteile mit dem erfindungsgemäßen Verfahren somit unter geringem Aufwand mit signifikant niedrigem Materialeinsatz hergestellt werden, wodurch bei identischer Funktion Rohmaterial und somit Gewicht und Kosten eingespart werden können. Schwankungen der Rohstoffpreise wirken sich somit weniger auf den Preis des einzelnen Produkts aus.
Es versteht sich, dass das Rohr je nach Anforderungen zusätzlich zu den ersten Bereichen mit erster Dicke und zweiten Bereichen mit zweiter Dicke auch noch ein oder mehrere weitere Bereiche mit jeweils unterschiedlicher Dicke aufweisen kann. Es ist ferner vorgesehen, dass beim flexiblen Walzen zwischen den ersten Bereichen größerer Dicke und den zweiten Bereichen kleinerer Wanddicke jeweils Übergangsabschnitte gebildet werden, welche insbesondere eine sich über der Länge kontinuierlich ändernde Dicke zwischen den angrenzenden Bereichen größerer beziehungsweise kleinerer Dicke aufweisen.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass beim flexiblen Walzen die Länge und die Dicke des zumindest einen ersten Bereichs in Abhängigkeit vom Krümmungsradius und der Krümmungslänge des beim Biegen zu erzeugenden gekrümmten Rohrabschnitts gestaltet wird. Dabei können beim Biegen stark zu krümmende Rohrabschnitte, das heißt mit einem kleinen Krümmungsradius, im Vorfeld beim flexiblen Walzen mit einer besonders großen Wanddicke gestaltet werden, während Rohrabschnitte mit kleiner Krümmung auch eine geringere Wanddicke aufweisen können. Nach einer günstigen Ausgestaltung ist jedenfalls vorgesehen, dass auch die Rohrabschnitte mit kleiner Krümmung eine größere Materialdicke haben, als die Wandstärke eines geraden Abschnitts des Rohres mit kleinster Materialdicke.
Besonders günstig für eine gute Herstellbarkeit und hohe Stabilität ist, wenn die Länge des beim flexiblen Walzen erzeugten zumindest einen ersten Bereichs einer mittlere Länge des beim Biegen erzeugten Rohrabschnitts zumindest etwa entspricht. Mit „zumindest etwa entspricht“ ist gemeint, dass der gekrümmte Abschnitt zumindest größtenteils im Bereich mit größerer Wandstärke liegt, vorzugsweise sogar vollständig innerhalb des Bereichs mit größerer Wandstärke angeordnet ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das Rohr den beim Biegen auftretenden erhöhten Belastungen zuverlässig standhält. Vorzugsweise werden mehrere gekrümmte Rohrabschnitte durch Biegen erzeugt, zwischen denen jeweils gerade Rohrabschnitte liegen, wobei das Biegen zur Erzeugung der gekrümmten Rohrabschnitte jeweils in ersten Bereichen des Rohres mit größerer Wanddicke erfolgt. Die Länge des zumindest einen ersten Bereichs mit größerer Dicke ist vorzugsweise auf den zu erzeugenden gekrümmten Rohrabschnitt derart abgestimmt, dass die an den ersten Bereich größerer Dicke anschließenden Übergangsabschnitte nach dem Biegen zumindest teilweise beziehungsweise größtenteils, vorzugsweise sogar vollständig innerhalb des an den gekrümmten Rohrabschnitt anschließenden geraden Rohrabschnitt liegen. Dies gilt in günstiger Weise für alle Übergangsabschnitte, die benachbart zu gekrümmten Abschnitten des fertigen Rohres liegen.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Biegen zumindest in einem der ersten Bereiche des Rohres mit größerer erster Dicke erfolgt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die beim Herstellungsprozess stärker belasteten Biegebereiche zuverlässig in der gewünschten Form erzeugt werden. Vorzugsweise haben die dickeren ersten Bereiche des flexibel gewalzten Bandmaterials beziehungsweise des fertigen Rohres eine Dicke von mehr als 0,9 mm, vorzugsweise mehr als 1,0 mm, insbesondere von mehr als 1,1 mm. Die dünneren zweiten Bereiche des flexibel gewalzten Bandmaterials beziehungsweise des fertigen Rohres weisen vorzugsweise eine Dicke von weniger als 1,0 mm, insbesondere von weniger als 0,9 mm, oder gegebenenfalls sogar weniger als 0,8 mm auf. Zwischen den dickeren ersten Bereichen und den dünneren zweiten Bereichen liegen jeweils Übergangsbereiche, in denen die Wandstärke vorzugsweise kontinuierlich über der Länge variiert. Die Länge der Übergangsbereiche ist im Vergleich mit der Länge der ersten beziehungsweise zweiten Bereiche verhältnismäßig kurz.
Nach dem flexiblen Walzen kann das Bandmaterial einer Wärmebehandlung unterzogen werden, und zwar vorzugsweise einem Rekristallisationsglühen. Beim Rekristallisationsglühen wird der Werkstoff auf eine Temperatur knapp oberhalb der Rekristallisationstemperatur erwärmt. Besonders günstig für eine kontinuierliche und damit schnelle Fertigung ist, wenn die Wärmebehandlung im Durchlaufverfahren erfolgt, beispielsweise mittels induktiver Erwärmung beziehungsweise induktivem Glühen. Dabei durchläuft das Bandmaterial eine Induktionsheizung, mit der Wirbelströme erzeugt werden, welche das Bandmaterial erwärmen. Eine weitere Möglichkeit zur kontinuierlichen Wärmebehandlung bietet das Kontiglühen, bei dem das Bandmaterial durch einen Ofen hindurchgeführt werden. Alternativ kann auch ein Haubenglühen vorgenommen werden, bei dem ein oder mehrere Coils in einen geschlossenen Ofen durchgeglüht werden.
Durch die Wärmebehandlung werden beim flexiblen Walzen entstandene Verfestigungen des Materials vermindert beziehungsweise aufgelöst. Das gewalzte Bandmaterial erhält wieder einer höhere Duktilität und Dehnbarkeit, so dass es sich in den folgenden Verfahrensschritten leichter weiterverarbeiten lässt, wobei außerdem die Materialeigenschaften des herzustellenden Endproduktes positiv beeinflusst werden. Es versteht sich, dass die Wärmebehandlung für das erfindungsgemäße Verfahren nur optional ist, das heißt, das Bandmaterial kann prinzipiell auch ohne Wärmebehandlung durch Umformung zu einem Rohr weiterverarbeitet werden.
Nach einer günstigen Ausgestaltung kann in Ergänzung oder alternativ zur Wärmebehandlung nach dem flexiblen Walzen, auch nach dem Längsverschweißen und vor dem Biegen des Rohres eine Wärmebehandlung des Rohres erfolgen. Dabei wird zumindest ein oder mehrere Teilabschnitte, gegebenenfalls auch das gesamte Rohr wärmebehandelt, insbesondere rekristallisationsgeglüht. Es versteht sich, dass diese Wärmebehandlung in Abhängigkeit der einzustellenden Werkstoffeigenschaften am gesamten Rohr oder auch gezielt nur in Teilbereichen erfolgen kann. Es ist auch denkbar, dass das Rohr ohne zwischengeschaltete Wärmebehandlung nach dem Längsnahtschweißen der Weiterverarbeitung durch Biegen zugeführt wird. Bezüglich der Wärmebehandlung vor dem Biegen des Rohres gilt das oben für die Wärmebehandlung vor dem Rohreinformen Gesagte gleichermaßen, so dass diesbezüglich auf die obige Beschreibung Bezug genommen wird.
Hinsichtlich der Prozessfolge sind zumindest zwei Möglichkeiten denkbar. Nach einer ersten Möglichkeit erfolgt die Herstellung des Rohres kontinuierlich. Das bedeutet, dass die Prozessschritte flexibles Walzen, gegebenenfalls Rekristallisationsglühen, Einformen zu einem Rohr und Längsnahtschweißen, kontinuierlich am endlosen Material erfolgt. Erst nach dem Umformen und Längsverschweißen des endlosen Rohres erfolgt ein Ablängen zu einzelnen Rohrstücken. Diese Verfahrensführung hat den Vorteil einer hohen Prozessgeschwindigkeit und einer damit verbundenen hohen Effizienz.
Nach einer zweiten Möglichkeit erfolgt die Herstellung des Rohres diskontinuierlich. Das bedeutet, dass das endlose Bandmaterial bereits nach dem Flexiblen Walzen zu einzelnen Platinen abgelängt wird. Anschließend werden die einzelnen Platinen zum Rohrprofil umgeformt und längsnahtgeschweißt, wobei während des Prozesses optional auch eine oder mehrere Wärmebehandlungen zwischengeschaltet sein können.
Die Lösung der obengenannten Aufgabe besteht ferner in einem Rohr für Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen, hergestellt nach einer oder mehreren der obengenannten Verfahrensfolgen. Dabei ist vorgesehen, dass das Rohr eine variable Wandstärke über der Länge aufweist und ferner gerade Abschnitte und gebogene Abschnitte, wobei die Dicke des Rohres zumindest einer Teilzahl der geraden Abschnitten kleiner ist als in den gebogenen Abschnitten.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachstehend anhand der Zeichnungsfiguren erläutert. Hierin zeigt:
1 ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Rohres für eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs in einer ersten Ausführungsform;
2 ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Rohres für eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs in einer zweiten Ausführungsform;
3 ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Rohres für eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs in einer dritten Ausführungsform;
4 ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Rohres für eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs in einer vierten Ausführungsform;
5 in perspektivischer Ansicht einen Teilabschnitt des Bandmaterials nach dem flexiblen Walzen gemäß dem ersten Verfahrensschritt A1, B1, C1 bzw. D1 der in den 1–4 gezeigten Verfahren;
6 im Halblängsschnitt einen Teilabschnitt des fertig hergestellten Rohres nach dem Längsschweißen gemäß dem Verfahrensschritt A3, B3, C4 bzw. D4 der in den 1–4 gezeigten Verfahren;
7 ein erfindungsgemäßes Rohr für eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs, hergestellt nach einem der in den 1 bis 4 gezeigten Verfahren, gemäß einer möglichen Ausführungsform vor dem Biegen in Seitenansicht; und
8 das Rohr gemäß 7 nach dem Biegen in perspektivischer Ansicht. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Rohres für eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs aus einem Bandmaterial 2 nach einer ersten Verfahrensführung A. Im Verfahrensschritt A1 wird das Bandmaterial 2, das im Ausgangszustand auf einem Coil 3 aufgewickelt ist, in einem Walzwerkzeug 11 walzend bearbeitet, und zwar mittels flexiblem Walzen. Hierfür wird das Bandmaterial 2, das vor dem flexiblen Walzen eine weitestgehend konstante Blechdicke über der Länge aufweist, mittels Walzen 4, 5 derart gewalzt, das es längs der Walzrichtung eine variable Blechdicke erhält. Während des Walzens wird der Prozess überwacht und gesteuert, wobei die von einer Blechdickenmessung 6 ermittelten Daten als Eingangssignal zur Steuerung der Walzen 4, 5 verwendet werden. Nach dem flexiblen Walzen gemäß Verfahrensschritt A1 hat das Bandmaterial 2 sich jeweils quer zur Walzrichtung erstreckende Bereiche 7, 8, 9, 10 mit unterschiedlicher Dicke. Ein Abschnitt des flexibel gewalzten Bandmaterials ist als Einzelheit in 5 dargestellt, auf die weiter unten noch näher eingegangen wird. Das Bandmaterial 2 wird nach dem flexiblen Walzen wieder zum Coil 3 aufgewickelt, so dass es dem nächsten Verfahrensschritt zugeführt werden kann. Es kann aber auch ohne zwischenzeitliches Aufwickeln direkt weiterverarbeitet werden, was hier jedoch nicht gesondert dargestellt ist.
Nach einer günstigen Verfahrensführung ist vorgesehen, dass die dickeren ersten Bereiche 7 des flexibel gewalzten Bandmaterials eine Dicke von mehr als 1,0 mm, insbesondere von mehr als 1,1 mm und weniger als 1,4 mm haben. Die dünneren zweiten Bereiche 8 des flexibel gewalzten Bandmaterials weisen vorzugsweise eine Dicke von weniger als 1,0 mm, insbesondere von weniger als 0,9 mm und mehr als 0,6 mm auf. Zwischen den dickeren ersten Bereichen 7 und den dünneren zweiten Bereichen 8 liegen jeweils Übergangsbereiche 9, 10 in denen die Wandstärke vorzugsweise kontinuierlich über der Länge variiert. Die Länge der Übergangsbereiche 9, 10 ist im Vergleich mit der Länge der ersten beziehungsweise zweiten Bereiche kürzer.
Im nachfolgenden Verfahrensschritt A2 wird das flexibel gewalzte Bandmaterial 2 ₁ zu einem endlosen Rohr 2 ₂ umgeformt. Das endlose Rohr 2 ₂ ist im Querschnitt offen und kann aufgrund des zwischen den freien Kanten längsverlaufenden Schlitzes auch als Schlitzrohr bezeichnet werden. Wie dargestellt, wird das Bandmaterial 2 ₁ nach dem mit hoher Geschwindigkeit erfolgenden flexiblen Walzen mit einer ersten Wickelgeschwindigkeit auf einen Coil 3 aufgewickelt und zum Umformen des Bandmaterials zum endlosen Rohr 2 ₂ mit einer zweiten geringeren Wickelgeschwindigkeit, die auf das Umformen zum endlosen Rohr optimiert ist, von diesem Coil abgewickelt. Es ist jedoch grundsätzlich auch möglich, den Verfahrensschritt A2 ohne zwischenzeitliches Aufwickeln zum Coil an den Verfahrensschritt A1 anschließen zu lassen. Dabei kann die Walzgeschwindigkeit an die bestmögliche Umformgeschwindigkeit für das Umformen zum endlosen Rohr angepasst werden, so dass die Verfahrensschritte A1 und A2 synchron ablaufen können.
Das Umformen zum Rohr erfolgt in einer entsprechenden Anlage 20 zum Rundbiegen in Längsrichtung des Bandmaterials mit entsprechender Walzenanordnung mit formgebenden Walzen. Eine solche Anlage umfasst eine Vielzahl von in Produktionsrichtung hintereinanderliegenden Formwalzen mit sich regelmäßig ändernder Walzenform und/oder Achslage. Die Rundbiegeanlage kann beispielsweise in Form einer Rollprofilieranlage gestaltet sein.
Beim Rundbiegen wird eine an den Bedarf angepasste Kontur des Rohres erzeugt. Insbesondere ist hier möglich, dass Abschnitte mit rundem Querschnitt, aber auch mit ovalem oder elliptischem Querschnitt mittels der Anlage 20 erzeugt werden. Dabei können die ovalen oder elliptischen Querschnitte beispielsweise an den Stellen vorgesehen werden, die in einem nachfolgenden Verfahrensschritt einer Biegeoperation zur Erzeugung eines gekrümmten Rohres unterzogen werden.
Nach dem Rundbiegen des Bandmaterials zu einem Schlitzrohr gemäß Verfahrensschritt A2 wird das endlose Schlitzrohr im nachfolgenden Verfahrensschritt A3 zum im Querschnitt geschlossenen Rohr 2 ₃ längsnahtverschweißt, vorzugsweise im stumpfen Stoß. Das Schweißen wird vorzugsweise mit einem Hochenergiestrahl durchgeführt, beispielsweise mittels Laserschweißen oder Elektronenstrahlschweißen, wobei auch Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG) verwendet werden kann. Die Schweißanlage 30 ist in 1 schematisch dargestellt.
Vor dem Schweißen kann optional eine Kantenvorbereitung des Schlitzrohres erfolgen, um ein einheitliches Spaltmaß zu erzeugen. Die Kantenbearbeitung der seitlichen Kanten des Schlitzrohres kann beispielsweise durch Fräsen oder Hobeln erfolgen.
Nach dem Längsverschweißen wird das endlose Rohr 2 ₃ anschließend im Verfahrensschritt A4 in einer Schneidanlage 40 zu einzelnen Rohrstücken 2 ₄ abgelängt. Ein abgelängtes Rohr 2 ₄ ist als Einzelheit beispielhaft in 7 dargestellt, die weiter unten noch näher beschrieben wird.
Im nachfolgenden Verfahrensschritt A5 werden die Rohrstücke 2 ₄ in einer Biegeanlage einem Biegeprozess unterzogen, um die endgültige Form des Abgasrohres 2 ₅ für die Abgasanlage herzustellen. Das Biegen erfolgt in einer Biegeanlage, die hier nicht dargestellt ist. Das Biegen des längsverschweißten Rohres 2 wird in den ersten Bereichen 7 mit größerer Dicke durchgeführt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die beim Herstellungsprozess stärker belasteten Biegebereiche zuverlässig in der gewünschten Form erzeugt werden. Durch das Biegen werden gekrümmte Rohrabschnitte 13, 15, 17, 19, 22 erzeugt, wobei zwischen zwei gekrümmten Rohrabschnitten jeweils ein gerader Rohrabschnitt 12, 14, 16, 18, 21, 23 angeordnet sind. Das zu einem Abgasrohr fertig hergestellte Rohr 2 ₅ ist in 8 als Einzelheit gezeigt, auf die weiter unten noch näher eingegangen wird.
Es ist vorgesehen, dass die Längen der ersten Bereiche 7 mit größerer Dicke jeweils so auf die Länge der zu erzeugenden gekrümmten Rohrabschnitte 13, 15, 17, 19, 22 abgestimmt sind, dass die erzeugten gekrümmten Rohrabschnitte nach dem Biegen zumindest weitestgehend innerhalb des jeweiligen ersten Bereichs mit größerer Dicke liegen. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das Rohr den beim Biegen auftretenden erhöhten Belastungen zuverlässig standhält und ausreichend Material zum Dehnen auf den außenliegenden Radien zur Verfügung steht, so dass das fertige Rohr auch in den gekrümmten Bereichen 13, 15, 17, 19, 22 eine ausreichende Stabilität aufweist. Des weiteren ist erkennbar, dass die an die ersten Bereiche 7 größerer Dicke anschließenden Übergangsabschnitte 9, 10 nach dem Biegen zumindest größtenteils im Bereich der geraden Rohrabschnitte 12, 14, 16, 18, 21, 23 liegen. Es versteht sich, dass auch in geraden Bereichen des Rohres, die im späteren Betrieb erhöhten Belastungen unterliegen, eine erhöhte Blechdicke vorgesehen werden kann.
2 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Rohres für eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs nach einer zweiten Verfahrensführung B. Diese entspricht in weiten Teilen dem Verfahren gemäß 1, so dass hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche beziehungsweise abgewandelte Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen, wie in 1. Im folgenden wird im wesentlichen auf die Unterschiede des vorliegenden Verfahrens eingegangen.
Die Verfahrensschritte B1 (walzende Bearbeitung), B2 (Umformen zum Schlitzrohr) und B3 (Längsnahtschweißen) sind identisch mit den entsprechenden Verfahrensschritten A1, A2 und A3 des in 1 gezeigten Verfahrens. Im Unterschied zu dem Verfahren nach 1 findet vorliegend nach dem Längsnahtschweißen gemäß Verfahrensschritt B3 im nachfolgenden Verfahrensschritt B4 eine Wärmebehandlung des längsgeschweißten Rohres statt.
Hierfür durchläuft das Rohr 2 im kontinuierlichen Verfahren einem Wärmebehandlungsanlage 50, die in 2 schematisch dargestellt ist. In der Wärmebehandlungsanlagen 50 wird das längsgeschweißte Rohr 2 ₃ geglüht, und zwar vorzugsweise rekristallisationsgeglüht. Die Wärmebehandlung kann beispielsweise mittels einer sogenannten Kontiglühanlage, bei der das Rohr 23 durch einen Ofen hindurchgeführt wird, oder auch mittels induktiver Erwärmung erfolgen.
Es ist möglich, einzelne Teilabschnitte des Rohres oder auch das gesamte Rohr einer Wärmebehandlung zu unterziehen. Besonders günstig im Hinblick auf eine effiziente Verfahrensführung ist es, wenn die Bereiche, welche nachfolgend einer Biegeoperation unterzogen werden, geglüht werden. Hiermit werden in diesen Bereichen gegebenenfalls vorhandene Verfestigungen des Materials vermindert beziehungsweise aufgelöst. Das Rohrmaterial erhält eine höhere Duktilität und Dehnbarkeit, so dass es sich im späteren Biegeverfahren B6 leichter verarbeiten lässt. Außerdem werden durch die Wärmebehandlung die Materialeigenschaften des herzustellenden Endproduktes positiv beeinflusst.
Nach dem Verfahrensschritt B4 der Wärmebehandlung wird das Rohr 2 ₄ weiterverarbeitet. Dabei entsprechen die Verfahrensschritte B5 (Ablängen des Rohres) und B6 (Biegen des Rohres) der vorliegenden Ausführungsform den Verfahrensschritten A4 und A5 aus 1, auf deren Beschreibung insofern Bezug genommen wird.
In 3 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Rohres für eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs nach einer dritten Verfahrensführung C gezeigt. Diese entspricht in weiten Teilen dem Verfahren B gemäß 2, so dass hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche beziehungsweise abgewandelte Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen, wie in 2. Im folgenden wird im wesentlichen auf die Unterschiede des vorliegenden Verfahrens eingegangen.
Der Verfahrensschritt C1 (flexibles Walzen) ist identisch mit dem entsprechenden Verfahrensschritt B1 des in 2 gezeigten Verfahrens. Im Unterschied zu dem Verfahren nach 2 findet vorliegend nach dem flexiblen Walzen gemäß Verfahrensschritt C1 im nachfolgenden Verfahrensschritt C2 eine Wärmebehandlung des flexibel gewalzten Bandmaterials 2 ₁ statt. Hierfür wird das Bandmaterial 2 ₁ vorzugsweise einem Rekristallisationsglühen unterzogen, bei dem der Werkstoff auf eine Temperatur knapp oberhalb der Rekristallisationstemperatur erwärmt wird. Die Wärmebehandlung kann, wie dargestellt, mittels Haubenglühen erfolgen, bei dem ein oder mehrere Coils 3 in einen geschlossenen Ofen 60 durchgeglüht werden. Alternativ ist es auch möglich, die Wärmebehandlung im Durchlaufverfahren durchzuführen, beispielsweise mittels induktiver Erwärmung oder mittels Kontiglühen.
Durch die Wärmebehandlung werden in vorteilhafter Weise beim flexiblen Walzen entstehende Verfestigungen des Materials reduziert. Das gewalzte Bandmaterial erhält wieder einer höhere Duktilität und Dehnbarkeit, so dass es sich beim nachfolgenden Umformen zum Rohr leichter weiterverarbeiten lässt.
Nach der Wärmebehandlung gemäß Verfahrensschritt C2 wird das Rohr 2 ₂ seiner weiteren Verarbeitung zugeführt. Dabei entsprechend die Verfahrensschritte C3 (Umformen zum Schlitzrohr), C4 (Längsnahtschweißen), C5 (Wärmebehandlung), C6 (Ablängen des Rohres) und C7 (Biegen des Rohres) der vorliegenden Ausführungsform den Verfahrensschritten B2 bis B6 des Verfahrens gemäß 2, auf deren Beschreibung insofern Bezug genommen wird.
4 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Rohres für eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs nach einer vierten Verfahrensführung D. Diese entspricht in weiten Teilen dem Verfahren gemäß 1, so dass hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche beziehungsweise abgewandelte Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen, wie in 1. Im folgenden wird im wesentlichen auf die Unterschiede des vorliegenden Verfahrens eingegangen. Mit dem vorliegenden Verfahren werden die einzelnen Rohre diskontinuierlich erzeugt, im Gegensatz zu den Verfahren gemäß den 1 bis 3, bei denen eine kontinuierliche Fertigung stattfindet.
Der Verfahrensschritt D1 (walzende Bearbeitung) ist identisch mit dem entsprechenden Verfahrensschritt A1 des in 1 gezeigten Verfahrens. Im Unterschied zu dem Verfahren nach 1 findet vorliegend nach dem flexiblen Walzen gemäß Verfahrensschritt D1 im nachfolgenden Verfahrensschritt D2 zunächst ein Glätten des flexibel gewalzten Bandmaterials statt. Das Glätten des Bandmaterials erfolgt in einer Bandrichtvorrichtung 70. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass auch nach dem Verfahrensschritt A1 des in 1 gezeigten Verfahrens, beziehungsweise auch der in den 2 und 3 gezeigten Verfahren, ebenfalls ein Glätten des flexibel gewalzten Bandmaterials vorgenommen werden kann.
Nach dem Glätten wird das Bandmaterial gemäß Verfahrensschritt D3 zu einzelnen Platinen abgelängt. Das Ablängen erfolgt in einer Trennvorrichtung 80. In 4 ist in der Fertigungsfolge hinter der Trennvorrichtung 80 schematisch eine Platine 2 ₃ erkennbar, die dann einer Weiterverarbeitung zugeführt wird. Ein Abschnitt der Platine 2 ₃ ist im Detail auch in 5 dargestellt, die weiter unten noch näher beschrieben wird.
Die vom Bandmaterial 2 ₁ einzeln abgelängten Platinen 2 ₃ werden anschließend zu Rohren 2 ₄ umgeformt. Das Umformen wird vorzugsweise mittels eines Tiefziehwerkzeugs 90 bewerkstelligt. Hierfür wird die Platine 2 ₃ in das Tiefziehwerkzeug eingelegt und mittels Stempel, Gegenstempel und Matrize zu einem Rohr 2 ₄ mit längsverlaufendem Schlitz zwischen den Kanten umgeformt.
Nach dem Umformen der Platine zu einem Rohr gemäß Verfahrensschritt D3 wird das geschlitzte Rohr 2 ₄ im nachfolgenden Verfahrensschritt D4 längsnahtgeschweißt. Dies geschieht mittels eines Schweißwerkzeugs 30, welches in 4 schematisch dargestellt ist. Als Schweißverfahren kommen beispielsweise Laserschweißen und Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG) in Frage.
Abschließend wird das längsnahtgeschweißte Rohr 2 ₅ im Verfahrensschritt D5 einem Biegeprozess unterzogen, der dem Verfahrensschritt A5 aus 1 entspricht, auf deren Beschreibung insofern Bezug genommen wird.
Es versteht sich, dass auch bei der vorliegenden Verfahrensführung Abwandlungen, insbesondere ergänzende Zwischenschritte oder nachfolgende Verfahrensschritte vorgenommen werden können. Beispielsweise kann auch bei der Verfahrensführung gemäß 4 nach dem Längsnahtschweißen eine Wärmebehandlung der Rohre erfolgen, wie sie oben im Zusammenhang mit dem Verfahrensschritt B4 gemäß 2 beziehungsweise C5 gemäß 3 beschrieben ist. Durch eine Wärmebehandlung zumindest von Teilabschnitten des Rohres vor dem Biegeprozess wird eine günstige Gefügestruktur geschaffen, so dass beim Biegen auch hohe Umformgrade ohne Schwächung oder Schädigung des Materials erreicht werden können. Ebenso ist es denkbar, dass das Bandmaterial nach dem flexiblen Walzen einer Wärmebehandlung unterzogen wird, wie im Zusammenhang mit dem Verfahrensschritt C2 gemäß 3 beschrieben.
In 5 ist ein Abschnitt des nach dem flexiblen Walzen vorliegenden Bandmaterials, respektive der geglätteten Platine gezeigt. Hier sind erste Bereiche 7 mit einer größeren Blechdicke und zweite Bereiche 8 mit einer kleineren Blechdicke zu erkennen. Dabei haben die dickeren ersten Bereiche 8 vorzugsweise eine Dicke von mehr als 1,1 mm, während die dünneren zweiten Bereiche vorzugsweise eine Dicke von weniger als 0,9 mm aufweisen. Zwischen den dickeren ersten Bereichen 7 und den dünneren zweiten Bereichen 8 liegen jeweils Übergangsbereiche 9, 10, in denen die Wandstärke vorzugsweise kontinuierlich über der Länge in Produktionsrichtung abnimmt (9) oder zunimmt (10). Die Länge der Übergangsbereiche 9, 10 ist im Vergleich mit der Länge der ersten und zweiten Bereiche 7, 8 verhältnismäßig kürzer.
6 zeigt einen Abschnitt des Rohres im Halblängsschnitt in perspektivischer Ansicht nach dem Umformen zum Rohr gemäß Verfahrensschritt A2, B2, C3 beziehungsweise D4. Hier sind die Bereiche 7, 8, 9 und 10 am umgeformten Rohr 2 zu erkennen.
In 7 ist ein erfindungsgemäßes Rohr für eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs gezeigt, welches nach einem der im Zusammenhang mit den 1 bis 4 beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist, nach dem Längsverschweißen und Ablängen, das heißt in (noch) geradem Zustand. Es ist erkennbar, dass das Rohr 2 dickere erste Bereiche 7 ₁–7 ₇, dünnere zweite Bereiche 8 ₁–8 ₆, sowie Übergangsabschnitte 9 ₁–9 ₆ und 10 ₁–10 ₆ aufweist, die schraffiert dargestellt sind.
8 zeigt das Rohr gemäß 7 nach dem anschließenden Biegevorgang gemäß dem in den 1 bis 4 beschriebenen Verfahrensschritten A5, B6, C7, respektive D6.
Das Rohr hat einen gekrümmten Verlauf, der an die individuellen Bauraumverhältnisse des Kraftfahrzeugs angepasst ist. Es ist erkennbar, dass das Rohr 2, ausgehend vom ersten Ende 24, zunächst einen geraden Abschnitt 12 aufweist mit den Dickenbereichen 7 ₁, 9 ₁, 8 ₁, an den sich ein gekrümmter Abschnitt 13 anschließt, der weitestgehend im Dickenbereich 7 ₂ liegt. Der gekrümmte Abschnitt 13 geht in einen geraden Abschnitt 14 über, der weitestgehend im Dickenbereich 8 ₂ liegt und an dessen Ende wieder ein gekrümmter Abschnitt 15 anschließt. Jeweils in den Übergängen zwischen dem Dickenbereich 8 ₂ geringerer Dicke zu den beiden gekrümmten Abschnitten 13, 15 befinden sich die Übergangsbereiche 9 ₂, 10 ₂ mit variabler Materialdicke. An den gekrümmten Abschnitt 15 schließt wieder ein gerader Abschnitt 16 sowie ein abgewinkelter Abschnitt 17 an, der vollständig innerhalb eines ersten Bereichs 7 ₄ mit größerer Materialdicke liegt. In diesem abgewinkelten Abschnitt 17 kann beispielsweise eine Aufhängung für das Abgasrohr 2 vorgesehen sein. Im Anschluss an den abgewinkelten Abschnitt 17 folgen wieder ein gerader Abschnitt 18, der im wesentlichen im zweiten Dickenbereich 8 ₄ mit geringer Wandstärke liegt, ein gekrümmter Abschnitt 19, der im wesentlichen im ersten Dickenbereich 7 ₅ mit größerer Wandstärke angeordnet ist, ein gerader Abschnitt 21 im Dickenbereich 8 ₅, eine Krümmung 22 und, am zweiten Ende 25, wieder ein gerader Abschnitt 23. Das Ende des geraden Abschnitts 23 hat einen ersten Dickenbereich 7 ₇ mit größerer Materialdicke, so dass hier eine erhöhte Stabilität zum Verbinden mit einem Anschlussbauteil, beispielsweise einem Katalysator oder einem Schalldämpfer gegeben ist.
Es versteht sich, dass das in 7, respektive 8, gezeigte Dickenprofil des Rohres nur beispielhaft ist und selbstverständlich auch andere Dickenverläufe über der Länge denkbar sind.
Der Vorteil der obenbeschriebenen Verfahren besteht jeweils darin, dass sich damit gewichtsoptimierte Rohre für Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen herstellen lassen. Dabei werden die Wanddicken der Abgasrohre durch den Einsatz von flexibel gewalztem Band insbesondere in den gekrümmten Abschnitten mit erhöhter Materialdicke ausgeführt, so dass hier während des Herstellungsprozesses und im Einbauzustand während des Betriebs im Fahrzeug den auftretenden Belastungen zuverlässig standhalten. Geringer belastete Bereiche, insbesondere gerade Abschnitte des Rohres, können mit einer relativ geringen Materialdicke ausgeführt werden, so dass die Abgasrohre insgesamt mit geringem Aufwand mit signifikant niedrigem Materialeinsatz hergestellt werden können.
Bezugszeichenliste

2: Halbzeug, Rohr
3: Coil
4: Walze
5: Walze
6: Banddickenregelung
7: erster Bereich
8: zweiter Bereich
9: Übergangsbereich
10: Übergangsbereich
11: Walzwerkzeug
12, 14, 16, 18, 21, 23: gerader Abschnitt
13, 15, 17, 19, 22: gekrümmter Abschnitt
24: erstes Ende
25: zweites Ende
20: Rundbiegeanlage
30: Längsschweißanlage
40: Ablängwerkzeug
50: Wärmebehandlungsanlage
60: Wärmebehandlungsanlage
70: Bandrichtwerkzeug
80: Vereinzelungswerkzeug
90: Umformwerkzeug

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10158358 A1 [0002]
DE 4228188 A1 [0003]
EP 1479458 A2 [0004]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Rohres (2) für Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen mit den Schritten: Flexibles Walzen von Bandmaterial, wobei in Längsrichtung des Bandmaterials eine variable Dicke mit zumindest ersten Bereichen (7) größerer Dicke und zweiten Bereichen (8) geringerer Dicke erzeugt wird, Umformen des Bandmaterials oder von aus dem Bandmaterial hergestellten Platinen zu einem geschlitzten Rohr, Längsverschweißen des geschlitzten Rohres, wobei ein im Querschnitt geschlossenes Rohr erzeugt wird, Biegen des geschlossenen Rohres in zumindest einem der ersten Bereiche (7) des Rohres mit größerer Dicke, wobei durch das Biegen ein gekrümmter Rohrabschnitt (13, 15, 17, 19, 22) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim flexiblen Walzen die Länge und die Dicke des zumindest einen ersten Bereichs (7) in Abhängigkeit vom Krümmungsradius und der Krümmungslänge des beim Biegen zu erzeugenden gekrümmten Rohrabschnitts (13, 15, 17, 19, 22) gestaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des beim flexiblen Walzen erzeugten zumindest einen ersten Bereichs (7) einer mittlere Länge des beim Biegen erzeugten gekrümmten Rohrabschnitts (13, 15, 17, 19, 22) zumindest etwa entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere gekrümmte Rohrabschnitte (13, 15, 17, 19, 22) durch Biegen erzeugt werden, an deren Enden oder zwischen denen jeweils gerade Rohrabschnitte (12, 14, 16, 18, 21, 23) liegen, wobei das Biegen zur Erzeugung der gekrümmten Rohrabschnitte (13, 15, 17, 19, 22) jeweils in ersten Bereichen (7) des Rohres (2) mit größerer Wanddicke erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim flexiblen Walzen zwischen den ersten Bereichen (7) größerer Dicke und den zweiten Bereichen (8) kleinerer Wanddicke jeweils Übergangsabschnitte (9, 10) gebildet werden, welche insbesondere eine sich über der Länge kontinuierlich ändernde Dicke aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des zumindest einen ersten Bereichs (7) mit größerer Dicke auf die Länge des zu erzeugenden gekrümmten Rohrabschnitts (13, 15, 17, 19, 22) derart abgestimmt ist, dass die an den ersten Bereich (7) größerer Dicke anschließenden Übergangsabschnitte (9, 10) nach dem Biegen zumindest weitestgehend innerhalb des an den gekrümmten Rohrabschnitt (13, 15, 17, 19, 22) anschließenden geraden Rohrabschnitts (12, 14, 16, 18, 21, 23) liegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Flexiblen Walzen des Bandmaterials und vor dem Umformen zum Rohr (2) als weiterer Schritt eine Wärmebehandlung vorgesehen ist, wobei eine Rekristallisation des Materials erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Längsverschweißen und vor dem Biegen des Rohres (2) als weiterer Schritt eine Wärmebehandlung zumindest von Teilabschnitten des Rohres (2) vorgesehen ist, wobei eine Rekristallisation des Materials erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung zumindest in den Bereichen (7) erfolgt, welche nachfolgend einer Biegeoperation zur Erzeugung der gekrümmten Abschnitte (13, 15, 17, 19, 22) unterzogen werden.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung im Durchlaufverfahren, insbesondere durch induktives Glühen oder durch Kontiglühen, erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung des Rohres (2) diskontinuierlich erfolgt, das heißt, dass nach dem Flexiblen Walzen ein Ablängen des Bandmaterials zu einzelnen Platinen erfolgt, wobei die Platinen dann anschließend zum Rohrprofil umgeformt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung des Rohres (2) kontinuierlich erfolgt, das heißt, dass nach dem Umformen und Längsverschweißen des endlosen Rohres ein Ablängen des endlosen Rohres zu einzelnen Rohren erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Bereiche (7) eine Dicke von mehr als 0,9 mm, insbesondere von mehr als 1,0 mm aufweisen, und dass die zweiten Bereiche (8) eine Dicke von weniger als 0,9 mm, insbesondere von weniger als 0,8 mm aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoff zur Herstellung des Rohres ein Stahlwerkstoff, insbesondere Edelstahl verwendet wird.
Rohr (2) für Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Rohr eine variable Wandstärke über der Länge aufweist, wobei das Rohr gerade erste Abschnitte (12, 14, 16, 18, 21, 23) und gekrümmte zweite Abschnitte (13, 15, 17, 19, 22) aufweist, wobei die Dicke des Rohres (2) zumindest einer Teilzahl der geraden ersten Abschnitte (12, 14, 16, 18, 21, 23) kleiner ist als in den gekrümmten zweiten Abschnitten (13, 15, 17, 19, 22).