DE102004021894A1 - Airgap isolated tail pipe used in vehicle exhaust system, has pipe sections connected by stretch compensator, in which each pipe section has external and internal tubes fitted into slide fits of stretch compensator, forming annular gaps - Google Patents

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Abstract

The tail pipe (1) has two pipe sections (2,3) connected by a hollow stretch compensator (24). Each pipe section has an external tube (6,15) and an internal tube (4,13) fitted into the slide fits (19,20) of the stretch compensator, forming annular gaps (5,14,23) between the external and internal tubes and within the stretch compensator.

Description

Die Erfindung betrifft ein luftspaltisoliertes Abgasrohr gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The The invention relates to an air gap-insulated exhaust pipe according to the preamble of claim 1.

Ein gattungsgemäßes Abgasrohr ist aus der DE 101 571 31 C2 bekannt. Das dort beschriebene Abgasrohr wird aus einem Doppelrohr hergestellt, welches durch Innenhochdruck beaufschlagt wird, so dass das Außenrohr gegenüber dem Innenrohr aufgeweitet wird und an diesen auf geweiteten Stellen einen Ringspalt zum Innenrohr hin bildet. Die Aufweitung erfolgt derart, dass das Außenrohr und das Innenrohr etwa mittig des Abgasrohres weiterhin aneinander liegen, wobei der Anlagebereich sich in einer Richtung stufig erweitert. Nach der Ausformung des Abgasrohres wird dieses unmittelbar vor der Stufe des Anlagebereiches quer zur Längserstreckung des Abgasrohres auseinandergetrennt, wodurch zwei Rohrabschnitte ausgebildet werden. Anschließend werden die beiden Rohrabschnitte so ineinander gesteckt, dass sich die Anlagebereiche beider Abschnitte überlappen. Hierdurch bildet sich zwischen den Rohrabschnitten ein Schiebesitz aus, durch den im Motorbetrieb axial wirkende Wärmedehnungen schadensfrei aufgefangen werden können. Die axiale Verschieblichkeit der Innenrohre ist jedoch einerseits aufgrund des Herstellungsverfahrens durch Innenhochdruckumformen sehr eingeschränkt, da das Innenrohr an das Außenrohr stark angepresst wird, so dass sich ein nahezu unlösbarer Presssitz ergibt. Andererseits ist durch das Zusammenstecken der Rohrabschnitte das andere Innenrohr zwischen den Außenrohren eingeklemmt, wodurch sich auch hier eine starke Einschränkung der axialen Verschiebbarkeit ergibt.A generic exhaust pipe is from the DE 101 571 31 C2 known. The exhaust pipe described therein is made of a double tube, which is acted upon by internal high pressure, so that the outer tube is widened relative to the inner tube and forms an annular gap to the inner tube at these widened points. The widening takes place in such a way that the outer tube and the inner tube continue to rest against each other approximately in the middle of the exhaust tube, with the abutment area gradually expanding in one direction. After the formation of the exhaust pipe, this is separated apart immediately before the step of the contact area transverse to the longitudinal extent of the exhaust pipe, whereby two pipe sections are formed. Subsequently, the two pipe sections are inserted into each other so that the contact areas of both sections overlap. As a result, a sliding seat is formed between the pipe sections, by means of which, during engine operation, axially acting thermal expansions can be absorbed without damage. The axial displaceability of the inner tubes, however, is very limited on the one hand due to the manufacturing process by hydroforming, since the inner tube is strongly pressed against the outer tube, so that there is a nearly insoluble interference fit. On the other hand, the other inner tube is clamped between the outer tubes by the mating of the pipe sections, which also results in a strong limitation of the axial displaceability.

Des weiteren treten beim Erwärmen der Abgasanlage aufgrund der dabei entstehenden Dehnungen zusätzlich laterale Belastungen auf, welche zudem noch verstärkt werden, wenn bei der Montage des luftspaltisolierten Abgasrohres größere Toleranzen hinsichtlich der Verschraubung der Ausgangsflansche, die mit dem Abgasrohr fest verbunden sind, überbrückt werden müssen. Diese lateralen Kräfte, die die Lebensdauer des Dehnungskompensators aufgrund übermäßiger Biegung normalerweise stark herabsetzen, werden hier durch den Steckverbund der Rohrabschnitte durch die Außenrohre abgefangen, so dass der Dehnungskompensator keinen Schaden erleidet. Aufgrund dessen jedoch, dass die Innenrohre an den Außenrohren angepresst sind, verspannen sich die Innenrohre unter lateraler Belastung, so dass im Motorbetrieb die Innenrohre zur Rissbildung neigen.Of further occur during heating the exhaust system due to the resulting strains additional lateral Strains, which are also reinforced if, when mounting the Air gap insulated exhaust pipe larger tolerances in terms the screwing of the output flanges, with the exhaust pipe fixed are bridged have to. These lateral forces, the the life of the expansion compensator due to excessive bending usually lower greatly, are here by the composite of the Pipe sections through the outer pipes intercepted so that the expansion compensator does not suffer damage. Due to this, however, that the inner tubes on the outer tubes are pressed, the inner tubes tense under lateral Load, so that during engine operation, the inner tubes for cracking tend.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein luftspaltisoliertes Abgasrohr mit Dehnungskompensator dahingehend weiterzubilden, dass axiale und laterale Belastungen schadensfrei aufgefangen werden können.In contrast, lies The invention is based on the object, an air gap insulated exhaust pipe with expansion compensator to the effect that axial and lateral loads can be absorbed without damage.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.The Task is inventively by the features of claim 1 solved.

Infolge der Ausbildung eines Schiebesitzes jeweils für die Außenrohre und die Innenrohre unter Beabstandung der Außenrohre von den Innenrohren ist das Abgasrohr fähig, ohne weiteres Wärmedehnungen und axiale Belastungen in Längsrichtung des Abgasrohres aufzufangen sowie gleichzeitig schadensträchtige Deformationen des Abgasrohres durch lateral wirkende Belastungen in einer derartigen Weise zu begrenzen, dass keine übermäßigen Verspannungen der Innenrohre, die zu Rissbildungen führen könnten, auftreten. Durch die Führung der Außenrohre mittels des Schiebesitzes ineinander ist ganz besonders der Dehnungskompensator vor lateral schädlich wirkenden Belastungen geschützt. Des weiteren ist durch die Überdeckung der Außenrohre gewährleistet, dass keine Heißgase aus dem Abgasrohr radial entweichen können, was einen besonderen Schutz für das Abgasrohr umliegende leicht entflammbare Fahrzeugmaterialien bedeutet. Der Dehnungskompensator, der in Form eines Metallbalges ausgebildet ist, ist durch die Erfindung im wesentlichen nur den axialen Kräften, die aus der Wärmedehnung resultieren, ausgesetzt. Des weiteren kann der Dehnungskompensator nun aus kostengünstigeren Materialien hergestellt werden, die nicht den hohen Ansprüchen hinsichtlich der lateralen und axialen Belastbarkeit genügen müssen.As a result the formation of a sliding seat respectively for the outer tubes and the inner tubes under spacing of the outer tubes from the inner tubes, the exhaust pipe is capable of easily thermal expansion and axial loads in the longitudinal direction catch the exhaust pipe and at the same time damaging deformations the exhaust pipe by laterally acting loads in such Way to limit that no excessive tension the inner tubes, which could lead to cracking, occur. By the guide the outer tubes By means of the sliding seat into each other is especially the expansion compensator before laterally harmful protected against acting loads. Furthermore, by the overlap ensures the outer tubes, that no hot gases can escape radially from the exhaust pipe, which is a special protection for the exhaust pipe surrounding easily inflammable vehicle materials means. The expansion compensator, which is designed in the form of a metal bellows is, is by the invention essentially only the axial forces, the from the thermal expansion result, suspended. Furthermore, the expansion compensator now from cheaper materials are produced that do not meet the high standards of lateral and axial load capacity suffice have to.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 ist das Spiel zwischen den Innenrohren größer als das zwischen den Außenrohren. Durch das relativ große Spiel zwischen den Innenrohren im Vergleich zu den Außenrohren und der damit erreichten erhöhten lateralen Beweglichkeit der Innenrohre zueinander wird eine Verspannung infolge lateraler Belastungen praktisch gänzlich verhindert und damit die Lebensdauer des Abgasrohres weiter erhöht.In a particularly preferred embodiment of the invention according to claim 2, the clearance between the inner tubes is greater than that between the outer tubes. Due to the relatively large Play between the inner tubes compared to the outer tubes and thus increased lateral mobility of the inner tubes to each other becomes a strain almost completely prevented due to lateral loads and thus the life of the exhaust pipe further increased.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert; dabei zeigt die Figur in einem Längsschnitt ein erfindungsgemäßes Abgasrohr mit einem faltenbalgartigen Dehnungskompensator in Zusammenbaulage der Rohrabschnitte.following the invention with reference to an embodiment shown in the drawing explained in more detail; there shows the figure in a longitudinal section an inventive exhaust pipe with a bellows-type expansion compensator in assembly position the pipe sections.

In der Figur ist ein luftspaltisoliertes Abgasrohr 1 dargestellt, welches aus zwei Rohrabschnitten 2 und 3 zusammengefügt ist. Der Rohrabschnitt 2 ist gebildet durch ein Innenrohr 4 und einem durch einen Ringspalt 5 von diesem beabstandeten Außenrohr 6, das quer zu seiner Erstreckungsrichtung in zwei Teilabschnitte 6a und 6b aufgeteilt ist. Die Teilung des Außenrohrs 6 in zwei Teilabschnitte a und b zeigt darin ihren Sinn, dass der S-förmige Verlauf des Außenrohres 6 – angepasst an den Verlauf des Innenrohres 4 – zur einfacheren Herstellung in zwei Teilrohrbögen aufgeteilt ist, die anschließend miteinander beispielsweise durch Schweißen gefügt sind.In the figure is an air gap insulated exhaust pipe 1 shown, which consists of two pipe sections 2 and 3 is joined together. The pipe section 2 is formed by an inner tube 4 and one through an annular gap 5 from this spaced outer tube 6 , The transverse to its extension direction into two sections 6a and 6b is divided. The division of the outer tube 6 in two subsections a and b shows in their sense that the S-shaped course of the outer tube 6 - adapted to the course of the inner tube 4 - Is divided into two partial tube bends for ease of manufacture, which are then joined together, for example by welding.

Der Teilabschnitt 6a weist an seinem vom Teilabschnitt 6b abgewandeten Ende 7 einen durchmesserverringernden Einzug 8 auf, an dem sich ein freies Ende 9 des Innenrohres 4 umlaufend abstützt. Das freie Ende 9 ist im Bereich seiner Abschlusskante 10 mit dem Einzug 8 des Teilabschnitts 6a des Außenrohres 6 verschweißt. Der Einzug 8 wird umfasst von einem Ausgangsflansch 11, mit dem er ebenfalls verschweißt ist. Es ist dabei denkbar, dass das freie Ende 9 an seiner Abschlusskante 10 mit der Bohrungswandung 12 des Ausgangsflansches 11 ebenfalls verschweißt ist.The subsection 6a indicates at its part of the section 6b opposite end 7 a diameter-reducing feeder 8th on which there is a free end 9 of the inner tube 4 circumferentially supported. The free end 9 is in the area of its trailing edge 10 with the feeder 8th of the subsection 6a of the outer tube 6 welded. The collection 8th is covered by a starting flange 11 with which he is also welded. It is conceivable that the free end 9 at its end edge 10 with the bore wall 12 of the output flange 11 also welded.

Der Rohrabschnitt 3 weist ebenfalls ein Innenrohr 13 und ein dieses mit einem Ringspalt 14 umgebendes jedoch einstückig verlaufendes Außenrohr 15 auf. Der Rohrabschnitt 3 ist einenends mit einem hier nur andeutungsweise gezeigten Abgaskrümmer 16 verbunden. Es versteht sich jedoch, dass das erfindungsgemäße Abgasrohr 1 auch Teil des Abgaskrümmers 16 sein kann. Das Außenrohr 15 weist im wesentlichen einen gleichen Durchmesser wie das Außenrohr 6 auf, ist jedoch an seinem dem Außenrohr 6 zugewandten Ende 17 eingezogen.The pipe section 3 also has an inner tube 13 and a one with an annular gap 14 surrounding but integrally extending outer tube 15 on. The pipe section 3 is one end with an exhaust manifold shown here only hinted 16 connected. It is understood, however, that the exhaust pipe according to the invention 1 also part of the exhaust manifold 16 can be. The outer tube 15 has substantially the same diameter as the outer tube 6 but is at its outer tube 6 facing the end 17 moved in.

Zur Montage werden die Außenrohre 6 und 15 zusammengesteckt, wobei das Ende 18 des Außenrohrs 6 den eingezogenen Bereich des Endes 17 des Außenrohrs 15 außen überlappt, so dass die beiden Außenrohre 6 und 15 miteinander einen Schiebesitz 19 bilden. Innerhalb des Überlappungsbereichs der Außenrohre 6 und 15 sind die Innenrohre 4 und 13 mit Spiel ineinander gesteckt und bilden damit ebenfalls für sich einen Schiebesitz 20 aus. Hierbei ist das Ende 21 des Innenrohrs 4 gegenüber dem Ende 22 des Innenrohrs 13 auf geweitet und nimmt dabei in der Steckverbindung das Ende 22 des Innenrohrs 13 auf. Im Bereich der Schiebesitze 19 und 20 sind die Außenrohre 6 und 15 von den ihnen zugeordneten Innenrohren 4 und 13 unter Ausbildung eines Ringspaltes 23, der aufgrund des Einzuges des Endes 17 des Außenrohrs 15 kleiner ist als der Ringspalt 14 und der Ringspalt 5, voneinander beabstandet. Das Spiel im Bereich des Schiebesitzes 20 zwischen den Innenrohren 4 und 13 ist größer als das Spiel im Bereich des Schiebesitzes 19 zwischen den Außenrohren 6 und 15.To assemble the outer tubes 6 and 15 put together, the end 18 of the outer tube 6 the indented area of the end 17 of the outer tube 15 overlapped on the outside, leaving the two outer tubes 6 and 15 together a sliding seat 19 form. Within the overlap area of the outer tubes 6 and 15 are the inner tubes 4 and 13 with game nestled into each other and thus also form a sliding seat for themselves 20 out. This is the end 21 of the inner tube 4 towards the end 22 of the inner tube 13 on widened while taking in the connector the end 22 of the inner tube 13 on. In the area of sliding seats 19 and 20 are the outer tubes 6 and 15 from the inner tubes assigned to them 4 and 13 under formation of an annular gap 23 , due to the entry of the end 17 of the outer tube 15 smaller than the annular gap 14 and the annular gap 5 , spaced from each other. The game in the area of the sliding seat 20 between the inner tubes 4 and 13 is greater than the play in the area of the sliding seat 19 between the outer tubes 6 and 15 ,

Im Bereich ihrer Schiebesitze 19 und 20 sind die Rohrabschnitte 2 und 3 von einem hohlen Dehnungskompensator 24, der faltenbalgartig ausgebildet ist, umgeben, wobei dieser mit einem Ende 25 an der Mantelfläche 26 des Teilabschnittes 6b des Außenrohres 6 und mit dem anderen Ende 27 am Außenmantel 28 des Endes 17 des Außenrohres 15 umlaufend befestigt, vorzugsweise verschweißt ist. Hierdurch verbindet der Dehnungskompensator 24 die beiden Rohrabschnitte 2 und 3, wobei die Rohrabschnitte 2 und 3 gleichzeitig in den Dehnungskompensator 24 hineinragen und dort sich im Schiebesitz 19 und 20 überdecken. Es sei abschließend hier nochmals angemerkt, dass die Außenrohre 6 und 15 von den ihnen zugeordneten Innenrohren 4 und 13 innerhalb des gesamten Dehnungskompensators 24 unter Ausbildung eines Ringspaltes 5, 23 und 14 voneinander beabstandet sind.In the area of their sliding seats 19 and 20 are the pipe sections 2 and 3 from a hollow expansion compensator 24 , which is formed bellows-like, surrounded, with this one end 25 on the lateral surface 26 of the subsection 6b of the outer tube 6 and with the other end 27 on the outer jacket 28 of the end 17 of the outer tube 15 circumferentially secured, preferably welded. This connects the expansion compensator 24 the two pipe sections 2 and 3 , where the pipe sections 2 and 3 at the same time in the expansion compensator 24 protrude and there in the sliding seat 19 and 20 cover. It should finally be noted here again that the outer tubes 6 and 15 from the inner tubes assigned to them 4 and 13 within the entire expansion compensator 24 under formation of an annular gap 5 . 23 and 14 spaced apart from each other.

Claims (2)

Luftspaltisoliertes Abgasrohr, welches aus zumindest zwei Rohrabschnitten mit jeweils einem Innen- und einem Außenrohr besteht und einen hohlen Dehnungskompensator aufweist, der zwischen den Rohrabschnitten angeordnet ist und diese miteinander verbindet, wobei die Rohrabschnitte in den Dehnungskompensator hineinragen und sich dort mit Schiebesitz überdecken, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenrohre (6, 15) und die Innenrohre (4, 13) jeweils für sich einen Schiebesitz (19, 20) ausbilden, wobei die Außenrohre (6, 15) von den ihnen zugeordneten Innenrohren (4, 13) innerhalb des gesamten Dehnungskompensators (24) unter Ausbildung eines Ringspaltes (5, 14, 23) voneinander beabstandet sind.Air gap insulated exhaust pipe, which consists of at least two pipe sections, each having an inner and an outer tube and a hollow expansion compensator, which is arranged between the pipe sections and connecting them together, wherein the pipe sections protrude into the expansion compensator and there overlap with sliding fit, characterized in that the outer tubes ( 6 . 15 ) and the inner tubes ( 4 . 13 ) in each case a sliding seat ( 19 . 20 ), the outer tubes ( 6 . 15 ) of their associated inner tubes ( 4 . 13 ) within the entire expansion compensator ( 24 ) to form an annular gap ( 5 . 14 . 23 ) are spaced from each other. Abgasrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiel zwischen den Innenrohren (4, 13) größer ist als das zwischen den Außenrohren (6, 15).Exhaust pipe according to claim 1, characterized in that the play between the inner tubes ( 4 . 13 ) is greater than that between the outer tubes ( 6 . 15 ).
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