Rohrbauteils

Die Erfindung betrifft ein Rohrbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Rohrbauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 16.

In vielen Bereichen der Technik, wie z.B. dem

Automobilbau, ist es häufig erforderlich, zwei oder mehr ineinander liegende Rohre, zwischen denen sich ein

Luftspalt bildet, miteinander zu verbinden. Die Rohre sollen zusammen noch eine gewisse Flexibilität

aufweisen, aber sie sollen auch gegeneinander drehfest verbunden werden.

Es ist bekannt, die beiden Rohre durch Schweißpunkte oder -nähte miteinander zu verbinden. Dies erfordert regelmäßig eine besondere Konstruktion der Rohre im Umfeld der Schweißnaht.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein

Rohrbauteil und ein Verfahren zur Herstellung eines Rohrbauteils zur Verfügung zu stellen, dessen Innen- und Außenrohr in einfacher Weise miteinander verbindbar ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Rohrbauteil mit den

Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Ein Außenrohrelement und mindestens ein innerhalb des

Außenrohrelement s angeordnetes Innenrohrelement sind über eine Ausformung miteinander verbunden. Das Außenrohrelement ist als flexibles Rohrelement mit mehreren Ausformungen, insbesondere Wellen und / oder mindestens einem

Wellabschnitt ausgebildet. Das Außenrohrelement und das mindestens eine

Innenrohrelement weisen an mindestens einer Stelle jeweils eine in radialer Richtung nach außen zeigende Ausformung auf, wobei die Außenseite der Ausformung des mindestens einen Innenrohrelements mindestens teilweise flächig an der Innenseite der Ausformung des Außenrohrelementes oder an der Innenseite eines anderen Innenrohrelementes (bei mehr als einem Innenrohrelement) anliegt, so dass mittels der

Ausformungen eine Verbindung zwischen dem mindestens einen Innenrohrelement und dem mindestens einen Außenrohrelement besteht .

Das mindestens eine Innenrohrelement muss nicht einstückig ausgebildet sein. Mit Vorteil weist es mindestens zwei Rohrstücke und mindestens ein Verbindungselement zur

Verbindung der Rohrstücke auf. Die radial nach außen

zeigende Ausformung kann auch am Verbindungselement

angeordnet sein. Das Innenrohrelement kann ein komplexeres Bauteil sein, das aus mehreren Teilen zusammengesetzt ist oder im Rahmen der Herstellung des Rohrbauteils

zusammengesetzt wird.

Das mindestens eine Innenrohrelement kann aber auch ein Rohrstück, insbesondere ein - abgesehen von der Ausformung - im Wesentlichen glattes Rohrstück (z.B. es ist kein

Wellschlauch) aufweisen. Da ein Rohrbauteil auch mehrere Innenrohrelemente aufweisen kann, ist auch eine Kombination von zusammengesetzten Rohrstücken und einteiligen Rohren möglich. Durch ein im Wesentlichen glattes Innenrohr wird der Strömungswiderstand gesenkt.

Vorteilhafterweise ist das mindestens eine Innenrohrelement als flexibles Rohrelement ausgebildet.

In einer Ausführungsform sind die Ausformungen um das

Außenrohrelement und um das mindestens eine Innerohrbauteil mindestens teilweise umlaufend ausgebildet. Damit ist insbesondere in axialer Richtung eine formschlüssige Verbindung sichergestellt. Alternativ kann eine Ausführungsform eine formschlüssige radiale Verbindung durch im Wesentlichen punktuelle Vorsprünge aufweisen.

Solche punktuellen Verformungen können z.B. durch spitze Stanzwerkzeuge hergestellt werden.

Auch ist es vorteilhaft, wenn mindestens eine Verbindung als formschlüssige, kraftschlüssige und / oder stoffschlüssige Verbindung, insbesondere eine drehfeste Verbindung,

ausgebildet ist.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Wandstärke des

Außenrohrelements geringer ist, als die Wandstärke des mindestens einen Innenrohrelements .

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Rohrbauteils weist das Außenrohrelement und / oder das mindestens eine Innenrohrelement mindestens teilweise einen flexiblen

Wellabschnitt auf. Rohrbauteile mit der drehfesten

Verbindung durch Ausformungen eignen sich insbesondere für Rohrbauteile, die mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, wie sie z.B. bei einem Abgasbauteil oder in Abgasschläuchen in Kraftfahrzeugen vorkommen.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das

Außenrohrelement mindestens zwei Wellabschnitte aufweist, und die Verbindung zwischen dem Außenrohrelement und dem mindestens einen Innenrohrelement, insbesondere mittig, zwischen den beiden Wellabschnitten angeordnet ist.

Für die Verbindung mit anderen Bauteilen ist es vorteilhaft, wenn an mindestens einem der Enden des mindestens einen Innenrohrelements ein Flanschelement angeordnet ist. Auch ist es vorteilhaft, wenn das Außenrohrelement und das mindestens eine Innenrohrbauteil an den axialen Enden des Abgasleitungsbauteils miteinander verbunden sind, insbesondere verschweißt sind.

In einer weiteren Ausführungsform ist zwischen dem

mindestens einem Innenrohrelement und dem mindestens einen Außenrohrelement ein hülsenförmiger Abstandhalter

angeordnet. Dieser Abstandhalter vermeidet den Kontakt, und damit auch ggf. Verschleiß, der zwischen äußerem und innerem Rohrelement vorliegen kann.

Vorteilhafterweise hält das mindestens eine

Verbindungselement einen Abstand zwischen dem mindestens einen Innenrohrelement und dem Außenrohrelement. In dieser Bauform dient das Verbindungselement gleichzeitig als

Abstandhalter zwischen Innen- und Außenrohrelement.

Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst.

In einem ersten Schritt wird mindestens ein Innenrohrelement in einem Außenrohrelement mit mehreren Ausformungen, insbesondere Wellen und / oder mindestens einem

Wellabschnitt angeordnet.

Anschließend wird ein Verformungswerkzeug in das mindestens eine Innenrohrelement eingeführt.

Vom Verformungswerkzeug ausgehend erfolgt radial nach außen gerichtet eine plastische Verformung des mindestens einen Innenrohrelements und des Außenrohrelements , wobei die

Verformung so ausgeführt wird, dass die Außenseite einer Ausformung des mindestens einen Innenrohrelements mindestens teilweise flächig an der Innenseite der Ausformung des

Außenrohrelementes oder an der Innenseite der Ausformung eines anderen Innenrohrelementes (für den Fall, dass mehr als ein Innenrohrelement verwendet wird) anliegt, so dass mittels der Ausformungen eine Verbindung zwischen dem mindestens einen Innenrohrelement und dem Außenrohrelement hergestellt wird.

Dabei weist eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens ein Verformungswerkzeug auf, das radial nach außen bewegbare Elemente mit einer im Wesentlichen bogenförmigen Außenkontur aufweist. Es ist auch möglich, dass das Verformungswerkzeug radial nach außen bewegliche Elemente mit einer im

Wesentlichen spitz nach außen zeigenden Kontur aufweist. Damit ist es möglich, im Wesentlichen punktförmige

plastische Verformungen in dem Außenrohrelement und dem Innenrohrelement auszuführen.

Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens weisen als Verformungswerkzeug ein Spreizwerkzeug, ein

Hydroformwerkzeug, eine Vorrichtung zum Verformen mit

Elastomeren, eine Vorrichtung zum elektromagnetischen

Umformen und / oder eine Vorrichtung zum Rollformen auf.

Bei einer weiteren Ausführungsform wird bei der Ausbildung der Ausformung an der Außenseite des Außenrohrelementes eine Matrize als Negativform für die Ausformung entgegenhalten.

Auch kann es vorteilhaft sein, wenn vom Verformungswerkzeug) radial nach außen gerichtet eine plastische Verformung des mindestens einen Innenrohrelements so erfolgt, dass ein glattes Rohr oder ein Verbindungselement verformt wird. In beiden Fällen erfolgt die Verformung der Ausformung des Innenrohrelementes in-situ.

Zusätzlich oder alternativ kann das Verbindungselement auch bereits mit einer Ausbuchtung vorgeformt sein, wobei dann die Außenseite der Ausformung des mindestens einen

Innenrohrelements mindestens teilweise flächig an der

Innenseite der Ausformung des Außenrohrelementes oder an der Innenseite der Ausformung eines anderen Innenrohrelementes anliegt, so dass mittels der Ausformungen eine Verbindung zwischen dem mindestens einen Innenrohrelement und dem Außenrohrelement hergestellt wird.

Es ist auch möglich, dass das Verformungswerkzeug radial nach außen gerichtet eine plastische Verformung des mindestens einen Innenrohrelement s so vornimmt, dass ein glattes Rohr oder ein Verbindungselement verformt wird.

Ausführungsformen der Erfindung werden beispielhaft in den folgenden Figuren dargestellt. Dabei zeigt

Fig. 1 eine prinzipielle Schnittansicht eines

Rohrbauteils mit zwei miteinander drehfest verbundenen Rohrbauelementen; Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Variante der

Ausführungsform gemäß Fig. 1 ;

Fig. 3 eine Ausführungsform des Rohrbauteils als

Abgas schlauch;

Fig. 4 eine prinzipielle Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Rohrbauteils;

Fig. 5 eine schematische Darstellung von einem

Außenrohrelement mit zwei Innenrohrelementen ;

Fig. 6 eine Schnittdarstellung einer Ausführungsform eines Verformungswerkzeuges mit Matrize. In Figur 1 ist der prinzipielle Aufbau der Verbindung 15 eines Rohrbauteils dargestellt. Das Rohrbauteil weist ein flexibles Außenrohrelement 1 und ein

Innenrohrelement 2 auf. Das Innenrohrelement 1 weist hier ein Rohrstück auf, das an einer Stelle verformt wird. Das Außenrohrelement 1 weist zwei Wellabschnitte 21, 22 (siehe Fig. 3) links und rechts neben der Verbindung 15 auf, die durch eine Ausformung flächig miteinander verbunden sind.

In diesem Fall wird ein Innenrohrelement 2 in einem

Außenrohrelement 1 angeordnet. Es ist aber durchaus möglich, mehrere Innenrohrelemente 2 in mehreren

Außenrohrelementen 1 anzuordnen, die radial alle

voneinander beabstandet sind, so dass zwischen den

Rohren jeweils Luftspalte vorliegen.

In der hier dargestellten Ausführungsform ist das

Außenrohrelement 1 etwas dünnwandiger ausgebildet als das Innenrohrelement 2. Bei dem Innenrohrelement 2 führt die dickere Wandung dazu, dass nach einer Verformung - die im Folgenden noch beschrieben wird - die elastische Rückfederung geringer ist, als bei einem dünnwandigeren Material. Damit liegt das dünnere, äußere Material immer sicher am dickeren, inneren Material an.

Als Materialien für das Außenrohrelement 1 und / oder das Innenrohrelement 2 können z.B. austenit ische Edelstähle verwendet werden, die über eine ausreichende

Verformbarkeit verfügen. Es können aber auch andere metallische Werkstoffe, wie Nickelbasis-Werkstoffe verwendet werden, die nicht unter die Kategorie der

Edelstähle fallen.

Das Innenrohrelement 2 und das Außenrohrelement 1 sind in der hier dargestellten Ausführungsform durch eine Verbindung zweier Ausformungen 11, 12 miteinander

formschlüssig und kraftschlüssig verbunden. Die

Herstellung der Ausformungen 11, 12 wird im Zusammenhang mit der Figur 4 noch näher erläutert. Die Ausformung 12 stellt eine umlaufende Ausbuchtung dar, die radial (Pfeilrichtung R in Figur 1) nach außen zeigt. Die radial nach außen gerichtete Ausformung 12 wird außen von einer gleichermaßen geformten Ausformung 11 des Außenrohrelement s 1 umgeben. Dabei ist die

Ausformung 12 des Innenrohrelements 2 so in das

Außenrohrelement 1 gedrückt, dass sich die beiden

Rohrelemente 1, 2 eng miteinander verbinden. In axialer Richtung herrscht ein Formschluss vor, in radialer

Richtung R ein Kraftschluss . Die parallelen Außenseiten der Ausformung 12 des Innenrohrelementes 2 liegen flächig an den Innenseiten der Ausformung 11 des

Außenrohrelementes 1 an. Es liegt somit ein Eingriff der Innenrohrelemente 2 in das Außenrohrelement 1 vor, nicht nur ein bereichsweises Anliegen.

Durch diese Art der Verbindung 15 sind die beiden

Rohrelemente 1, 2 gegeneinander drehfest gesichert.

Axial neben der Verbindung 15 können zum Beispiel weitere Wellabschnitte 21, 22 (siehe Figur 3) angeordnet sein. Die Herstellung der Verbindung 15 durch einen Verformungsvorgang lässt sich schnell und effizient durchführen, so dass insbesondere eine Schweißnaht nicht erforderlich ist.

In Figur 2 wird eine Variante der in Figur 1

dargestellten Ausführungsform dargestellt, wobei eine Draufsicht auf das Rohrbauelement dargestellt ist.

Anstelle einer radial umlaufenden Ausformung 11, 12, die in der ersten Ausführungsform (Fig. 1) durch die

Ausformungen hervorgerufen wird, ist in der hier

dargestellten Ausführungsform lediglich an einigen punktuellen Stellen am Umfang der Rohrelemente 1, 2 (in Fig. 2 ist nur das Außenrohrelement 1 sichtbar) eine Ausformung in radialer Richtung eingebracht worden. Auch diese punktuelle Verformung führt zu einer drehfesten Verbindung 15 der beiden Rohrelemente 1, 2. Auch hier wird im Bereich der punktuellen Verformung eine flächige Verbindung von Innenro relement 2 und Außenrohrelement 1 hergestellt. Das Innenrohrelement 2 liegt nicht nur an dem Außenrohrelement 1 an, sondern es greift in dieses ein .

In Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem ein Rohrbauteil 100 mit einer Verbindung 15 zwischen zwei Wellabschnitten 21, 22 dargestellt ist. Erkennbar ist, dass die Verbindung 15 sich ohne weiteres in die Wellung der Wellabschnitte 21, 22 einfügt.

Ein solches flexibles Rohrbauteil 100 kann z.B. in einem Kraftfahrzeug zur Entkopplung einer Abgasanlage vom Motor oder auch der Entkopplung zwischen Elementen der

Abgasanlage dienen.

Das Innenrohrelement 2 weist zwei im Wesentlichen glatte Rohrstücke 5 (z.B. einen Wickelfalzschlauch, ggf. mit einem Geflecht) auf, die mit einem Verbindungselement 4 verbunden sind. Die glatte Ausführung hat eine bessere Strömungs führung zur Folge. Auch wird eine verbesserte Isolierung durch den Luftspalt zwischen Innenrohrelement 2 und Außenrohrelement 1 bewirkt. In der dargestellten (siehe Fig. 3A) Ausführungsform dient das Verbindungselement 4 gleichzeitig als

Abstandhalter zwischen Innen- und Außenrohrelement 1, 2 und als Verbindungselement der beiden Rohrstücke 5 des Innenrohrelements 2. Es ist möglich (wie unten noch erläutert wird) , das Verbindungselement 4 als Hülse mit den Rohrstücken 5 des Innenrohrelementes 2 zu verbinden und dann zu verformen, oder eine Hülse wird vorab als Verbindungselement 4 (und ggf. Abstandhalter) vorgeformt und dann mit den Rohrstücken 5 des Innenrohrelementes 2 verbunden .

Die Außenrohrelemente 1 weisen jeweils einen ersten

Wellabschnitt 21 und einen zweiten Wellabschnitt 22 auf. Da die äußeren Wellabschnitte 21 eine relativ niedrige Eigenfrequenz aufweisen und durch Motor und

Fahrbahnanregungen in Eigenresonanz schwingen können, ist eine Dämpfung des Systems sinnvoll. Diese wird durch einen reibenden Wickelfalzschlauch erreicht, der über die Ausformung mit den äußeren Wellabschnitten 21, 22

verbunden ist.

In Fig. 3A ist der Bereich der Verbindung 15 aus der Fig. 3 vergrößert dargestellt. Hierbei ist deutlich zu erkennen, dass das Innenrohrelement 2 (mit seinen beiden Rohrstücken 5 und dem Verbindungsmittel 3) außerhalb des verformten Bereiches der Verbindung 15 innen glatt ausgebildet ist. In Figur 4 ist in schemat ischer Weise ein Stanzwerkzeug 30 als Verformungswerkzeug dargestellt, das zur

gleichzeitigen Ausbildung der Ausformungen 11, 12 in den Rohrelementen 1, 2 dient. Das Stanzwerkzeug 30 weist im Wesentlichen die Form einer Scheibe auf, die in einzelne Stanzsegmente 31 untergliedert ist. Durch einen

geeigneten Mechanismus (zum Beispiel eine Hydraulik) können die einzelnen Stanzsegmente 31 radial nach außen bewegt werden . Durch die runde Außenkontur der

Stanzelemente 31 wird die Innenseite des

Innenrohrelements 2 in radialer Richtung verformt, so dass das darum herumliegende Außenrohrelement 1

ebenfalls mit verformt wird. Das Stanzwerkzeug 30 presst somit die beiden Außenrohrelemente 1, 2 zusammen und stellt damit durch die umlaufende Ausformung 11, 12 (wie in Figur 1 dargestellt) eine Verbindung 15 her.

Hier wird eine in-situ Verbindung hergestellt, die keine besondere Gestaltung (z.B. einen glatten Bereich zur Anbringung einer Schweißnaht) erfordert.

Wenn der Außenrand des Stanzwerkzeugs 30 anders geformt ist, zum Beispiel einen Dornaufsatz aufweist, kann eine punktuelle Verformung im Bereich der Verbindung 15 erzeugt werden, so dass eine Verbindung 15, wie in Figur 2 dargestellt, erreicht werden kann.

Die Verbindung 15 kann auch mittels anderer

Verformungswerkzeuge 30 erreicht werden, wie z.B.

Hydroforming-Vorr ichtungen, Vorrichtungen zum Verformen von Elastomeren, eine Vorrichtung zum

elektromagnetischen Umformen und / oder eine Vorrichtung zum Rollformen. Diese Verfahren oder Vorrichtungen können auch in Kombination miteinander verwendet werden.

In Fig. 5 ist in schematischer Weise eine Schnittansicht durch ein Rohrbauteil mit einem Außenrohrelement 1 und zwei Innenrohrelementen 2A, 2B dargestellt. Die beiden Innenrohrbauelemente 2A, 2B sind jeweils - abgesehen vom Bereich der Ausformung 11, 12A, 12B im Bereich der

Verbindung 15 - glatt ausgebildet. Die radial

umlaufenden Ausformungen 11, 12A, 12B sind dabei so angeordnet, dass die Seitenwände eines inneren

Rohrelements 2A, 2B im Bereich der Ausformung jeweils flächig mit der Ausformung des dem radial außen

angeordneten Rohrelements anliegen.

Hier sind die Innenrohrelemente 2A, 2B einstückig ausgebildet, d.h. es liegt kein Verbindungsmittel 4 vor.

Die Außenseiten der Seitenwände der Ausformung 12B des ersten Innenrohrelementes 2B liegen parallel, flächig an den Innenseiten der Ausformung 12A des zweiten

Innenrohrelementes 2A an. Die Außenseiten der Ausformung 12A des zweiten Innenrohrelementes 2A liegen wiederum an der Innenseite der Ausformung 11 des Außenrohrelementes 1 an. Im Wesentlichen liegen hier mehrere Wellen in radialer Richtung ineinandergeschoben vor.

In Fig. 6 ist eine Ausführungsform eines

Verformungswerkzeuges 30 dargestellt. Am Umfang des Verformungswerkzeuges 30, das hier als Spreizwerkzeug ausgebildet ist, ist eine Wulst angebracht, die das glatte Innenrohrelement 2 so verformt, dass die

Ausformung 12 des Innenrohrelements 1 in die Ausformung 11 des Außenrohrelementes 2 gepresst wird. Eine Matrize 32 ist an der Außenseite des Außenrohrelementes 2 am Umfang der Ausformung 11 angeordnet und bildet beim Verformungsvorgang das Widerlager für das

Verformungswerkzeug 30.

Unabhängig davon, ob ein Innenrohrelement 2 mit einem vorgeformten oder einem in-situ verformten

Verbindungsmittel 3 verwendet wird, erfordert die

Herstellung der mindestens teilweise flächigen

Verbindung der Außenseite der Ausformung 12 des

mindestens einen Innenrohrelementes 2 mit der Innenseite der Ausformung 11 des Außenrohrelementes 1 (oder eines anderen Innenrohrelementes 2 wie in Fig. 5) in der Regel eine ggf. zusätzliche Aus- oder Einformung, um ggf.

einen Hinterschnitt überwinden.

Bezugs zeichenliste

1 Außenrohrelement

2, 2A, 2B Innenrohrelement

3 Flanschelement

4 Verbindungselernent

5 Rohrstücke

11 Ausformung Außenrohrelement

12 Ausformung Innenrohrelement

15 Verbindung zwischen Innenrohrelement und Außenrohrelement

21 erster Wellabschnitt

22 zweiter Wellabschnitt

30 Verformungswerkzeug, Spreizwerkzeug

31 bewegliches Element am Spreizwerkzeug

32 Matrize

100 Rohrbauteil; Abgasleitungsbauteil