Anschlussverbindunq und Verfahren zum Verbinden einer dünnwandigen Schlauchleitung mit einem kohlenstoffhaltigen Anschlussteil

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anschlussverbindung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 für dünnwandige Schlauchleitungen mit einem kohlenstoffhaltigen Anschlussteil, insbesondere aus Gusseisen.

Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Verbinden einer dünnwandigen Schlauchleitung mit einem kohlenstoffhaltigen Anschlussteil, insbesondere aus Gusseisen.

Insbesondere bei Abgasanlagen für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor ist es bekannt, Schlauchleitungsteile der Abgasanlage, insbesondere in Form von Metallbälgen, unter Verwendung von V-Schellen an Anschlussteilen der Abgasanlage anzuschrauben, die aus kohlenstoffhaltigen Werkstoffen, wie Gusseisen oder dergleichen bestehen. Alternativ kommen in diesem Bereich auch Steckverbindungen oder Fey-Ring-Verbindungen zum Einsatz. Bei den genannten Anschlussteilen kann es sich insbesondere um Abgaskrümmer handeln.

Derartige vorbekannte Lösungen weisen insbesondere im Blick auf immer höhere Dichtheitsanforderungen (bis hin zu Drücken von 10 bar) deutliche Nachteile auf, so dass es regelmäßig zu Leckagen im Bereich der Anschlussverbindung kommt.

Zudem benötigen die bekannten Anschlussverbindungen in axialer Richtung einen relativ großen Einbauraum, was sich nachteilig auf die zu erreichende Flexibilität der zu verwendenden Schlauchleitung auswirkt. Insbesondere wenn diese als Balg ausgebildet ist, begrenzt der für die Anschlussverbindung notwendi- ge Bauraum die Anzahl möglicher Balgwellen nach oben. Damit verbunden ist ein relativ hoher Verschleiß und eine entsprechend geringe Lebensdauer der bekannten Anschlussverbindungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anschlussverbindung der ein- gangs genannten Art sowie ein Verbindungsverfahren der eingangs genannten Art anzugeben, welche sich durch eine erhöhte Dichtheit und einen reduzierten

Einbauraum auszeichnen. Zudem soll der Verschleiß verringert und entsprechend die Lebensdauer erhöht sein.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels einer Anschlussverbindung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anschlussverbindung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens sind jeweils Gegenstand von Unteransprü- chen, deren Wortlaut hiermit in die Beschreibung aufgenommen wird, um unnötige Textwiederholungen zu vermeiden.

Erfindungsgemäß ist eine Anschlussverbindung für dünnwandige Schlauchleitungen mit einem kohlenstoffhaltigen Anschlussteil, insbesondere aus Gussei- sen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlauchleitung durch Verschweißen an dem Anschlussteil festgelegt ist.

Weiterhin ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Verbinden einer dünnwandigen Schlauchleitung mit einem kohlenstoffhaltigen Anschlussteil, insbesonde- re aus Gusseisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlauchleitung durch Verschweißen, insbesondere Laser- oder Elektronenstrahlschweißen, an dem Anschlussteil stoffschlüssig festgelegt wird.

Nach einem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung erfolgt also die Anbin- düng der dünnwandigen Schlauchleitung an das kohlenstoffhaltige Anschlussteil mittels einer Schweißverbindung, um so eine insbesondere gasdichte Verbindung herzustellen. Auf diese Weise setzt sich die vorliegende Erfindung über ein weit verbreitetes Vorurteil hinweg, wonach das Verschweißen einer kohlenstoffhaltigen Eisenlegierung, insbesondere mit einem Kohlenstoffanteil C > 0,5%, mit einer dünnwandigen Schlauchleitung aufgrund einer Versprödung im Schmelzbereich aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten heraus ungeeignet sei. Vielmehr erreicht die vorliegende Erfindung durch überwindung des genannten Vorurteils einen deutlich verringerten Einbauraum in axialer Richtung für die geschaffene Anschlussverbindung, welche sich zudem durch ihre kostengünsti- ge Herstellbarkeit auszeichnet.

Dabei bedeutet im Rahmen der vorliegenden Beschreibung der Begriff „dünnwandige Schlauchleitung", dass eine Wandstärke der Schlauchleitung im Schweißbereich höchstens 1 ,5 mm beträgt.

Um einer Aufhärtung und Versprödung des Materials im Schweißbereich entgegenzuwirken, sieht eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anschlussverbindung vor, dass das Anschweißteil, das heißt die Schlauchleitung einen relativ hohen Nickelgehalt aufweist. Dieser liegt bei Weiterbildungen der Erfindung im Bereich von wenigstens 10%, vorzugsweise bei 25% bis 30% und höchst vorzugsweise bei 72% bis 75%.

Als Schweißverfahren zum Anbinden der Schlauchleitung an das Anschlussteil kommen - wie bereits erwähnt - insbesondere Laser- oder Elektronenstrahl- schweißverfahren in Betracht. Insbesondere bei Ausgestaltungen der Erfindung, denen zufolge das Schlauchleitungsmaterial nur einen relativ niedrigen Nickelgehalt aufweist, können dabei zusätzlich noch nickelhaltige Zusätze im Schweißbereich zum Einsatz kommen, beispielsweise in Form eines zwischen Schlauchleitung und Anschlussteil angeordneten Rings oder in Form von Folien, Drähten oder Pulver, vorzugsweise aus einem Material mit dem weiter oben be- schriebenen, relativ hohen Nickelgehalt, ggf. aus demselben Material wie die Schlauchleitung. Der genannte Ring hat vorzugsweise eine Dicke von 0, 1 bis 1 ,0 mm, höchst vorzugsweise 0,3 bis 0,5 mm.

Die regelmäßig beim Schweißen von kohlenstoffhaltigem Material auftretende Martensitbildung, welche zu einer ungewollten Materialversprödung führt, lässt sich in Weiterbildung der vorliegenden Erfindung durch eine geeignete Wahl der Prozessparameter beim Schweißen reduzieren. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Energieeintrag im Schweißbereich derart erfolgt, dass ein Anbindequerschnitt der Verschweißverbindung zwischen Schlauchleitung und Anschlussteil mindestens 50%, vorzugsweise 70% bis 80% oder sogar bis über 100% der Wandstärke der Schlauchleitung im Schweißbereich beträgt. Mit anderen Worten: Im Rahmen der genannten Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Schweißnaht relativ breit und flach ausgebildet ist, so dass sich ein relativ großes Verhältnis von Anbindequerschnitt zu Wand- stärke der Schlauchleitung im Schweißbereich ergibt. Neben dem relativ großen

Anbindequerschnitt führt dies dazu, dass relativ viel nickelhaltiges Material der Schlauchleitung und nur relativ wenig kohlenstoffhaltiges Material des Anschlussteils aufgeschmolzen wird, wodurch sich die bereits erwähnte Versprö- dung durch Martensitbildung reduzieren lässt.

Alternativ kann die Schweißnaht auch im Zuge einer Tiefschweißung bei entsprechender Schwellintensität erzeugt werden, wobei jedoch in an sich eher nachteiliger Weise nur relativ wenig nickelhaltiges Material der Schlauchleitung aufgeschmolzen wird und aufgrund des relativ geringen Anbindequerschnitts im Kontaktbereich anders als bei der vorstehend erläuterten Variante nur eine relativ geringe Materialdurchmischung erfolgt.

Insbesondere um die erforderliche geringe Spaltbreite von maximal 50 μm im Fügebereich zu erhalten, kann im Zuge einer Weiterbildung des erfindungsge- mäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass die Schweißteile vor dem Verschweißen geheftet werden. Eine Reinigung der zu verbindenden Bereiche sollte in jedem Fall erfolgen.

Wie bereits erwähnt, müssen die zu verbindenden Bereiche der Schlauchleitung des Anschlussteils im Wesentlichen spaltfrei sein. Zu diesem Zweck sieht eine andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anschlussverbindung vor, dass in diesem Bereich eine selbsthemmende Verpressung der zu verbindenden Teile dadurch erreicht wird, dass die Schlauchleitung und/oder das Anschlussteil in einem überlappungsbereich dieser beiden Komponenten eine bezogen auf eine Fügefläche der jeweils anderen Komponente geneigte Fügefläche aufweist, so dass die Fügeflächen nicht parallel zueinander verlaufen.

Die erfindungsgemäße Lösung bzw. ihre jeweiligen Weiterbildungen sorgen dafür, dass die Anzahl von Schnittstellen im Gesamtsystem einer Abgasanlage reduziert wird, was entsprechend zu einer Reduzierung von Leckageverlusten führt.

Aufgrund der Tatsache, dass bei unverändertem gesamten Einbauraum der für die Schlauchleitung zur Verfügung stehende Einbauraum vergrößert wird, lässt sich die Lebensdauer der Schlauchleitung optimieren.

Durch die erfindungsgemäß erreichte Reduzierung der Anzahl für die Anschlussverbindung zu verwendender Einzelteile kommt es darüber hinaus zu einer Reduzierung in puncto Herstellungskosten und Montageaufwand.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt:

Figur 1 eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anschlussverbindung, teilweise im Längsschnitt;

Figur 2 eine Detailvergrößerung der Schweißnaht in Figur 1 ; und Figur 3 eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anschlussverbindung, teilweise im Längsschnitt.

Figur 1 zeigt eine Anschlussverbindung 1 für eine dünnwandige Schlauchleitung 2 in Form eines metallischen Ringwellschlauchs oder Balgs mit einem Gussteil 3, vorliegend einem Krümmer für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs, das bzw. der aus Gusseisen hergestellt ist und einen Kohlenstoffgehalt C > 0,5% aufweist. Die Schlauchleitung 2 und das Gussteil 3 sind im Bereich einer umlaufenden Schweißnaht 4 durch Verschweißen stoffschlüssig miteinander verbunden bzw. aneinander festgelegt.

Wie der Fachmann erkennt, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend exemplarisch genannten Ausgestaltungen der Schlauchleitung 2 und des Gussteils 3 beschränkt, sondern kann überall dort Anwendung finden, wo eine relativ dünnwandige Schlauchleitung 2 mit einem kohlenstoffhaltigen Anschlussteil 3 insbesondere gasdicht zu verbinden ist.

Figur 2 zeigt eine Detailansicht der Schweißverbindung 4 gemäß Figur 1. Dabei ist die Schweißverbindung 4 in Figur 2 schraffiert dargestellt. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen ansonsten in Figur 1 und Figur 2 gleiche bzw. gleichwirkende Elemente.

Wie der Figur 2 zu entnehmen ist, beträgt eine Wandstärke der Schlauchleitung 2 im Schweißbereich beispielsweise d ≤ 1 ,5 mm.

Das metallische Material der Schlauchleitung 2 weist einen vorzugsweise einen Nickelgehalt von wenigstens 10% auf, um einer Versprödung im Schweißbereich entgegenzuwirken. Nach dem Verschweißen sind das Gussteil 3 und die Schlauchleitung 2 über einen Anbindebereich B mit (durchschnittlichem) Quer- schnitt b verbunden. Um eine haltbare Schweißverbindung zwischen Schlauchleitung 2 und Anschlussteil 3 zu gewährleisten, beträgt das Verhältnis b/d im Zuge bevorzugter Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung mindestens 0,5 und kann bis auf Werte > 1 anwachsen. Die in Figur 2 gezeigte, relativ flache Ausbildung der Schweißverbindung 4, das heißt ein geringes Vordringen der Schmelzzone in das Material des Anschlussteils 3 trägt dazu bei, eine Material- versprödung, insbesondere des Materials des Anschlussteils 3, im Schweißbereich zu vermeiden. Einer derartigen Versprödung wird zudem durch einen relativ hohen Nickelgehalt des Schlauchleitungsmaterials entgegengewirkt. Zu diesem Zweck kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass vor dem Aufschieben der Schlauchleitung 2 auf das Anschlussteil 3 im Anbin- dungsbereich B ein zusätzlicher nickelhaltiger Werkstoff, insbesondere in Ring-, Folien-, Draht- oder Pulverform in den Schweißbereich oder insbesondere in den Kontaktbereich von Schlauchleitung und Anschlussteil 3 eingebracht wird, was jedoch in Figur 2 nicht explizit dargestellt ist.

Dagegen zeigt Figur 3 eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anschlussverbindung, bei der zwischen Schlauchleitung 2 und Anschlussteil 3 ein Zwischenring 5 aus einem relativ stark nickelhaltigen Werkstoff vorgesehen ist, welcher demjenigen der Schlauchleitung 2 entsprechen kann.

Des Weiteren können die Schlauchleitung 2 und das Anschlussteil 3 vor dem Verschweißen zusammengeheftet werden, was ebenfalls in Figur 2 nicht explizit dargestellt ist.

Abweichend von der in Figur 2 gezeigten Art der Schweißverbindung zwischen Schlauchleitung 2 und Anschlussteil 3 kann die Anbindung der Schlauchleitung 2 eines Anschlussteils 3 auch durch Tiefschweißung erfolgen, was jedoch gegebenenfalls einen verminderten Anbindequerschnitt b verbunden mit einer verstärkten Aufschmelzung des kohlenstoffhaltigen Materials des Anschlussteils 3 zur Folge hat.

Obwohl jeweilige Fügeflächen der Schlauchleitung 2 des Anschlussteils 3 in Figur 2 parallel dargestellt sind, kann alternativ für die Anschlussverbindung 1 auch vorgesehen sein, dass eine der genannten Fügeflächen (die in Figur 2 nicht explizit bezeichnet sind) gegenüber der jeweils anderen Fügefläche ge- neigt ist.

Zum Verbinden der Schlauchleitung 2 mit dem Anschlussteil 3 werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise an sich bekannte Laser-oder Elektronenstrahl-Schweißverfahren verwendet, was in Figur 2 schematisch dar- gestellt ist (Bezugszeichen λ bzw. e ^" ).

Auf diese Weise lässt sich erfindungsgemäß eine insbesondere gasdichte Verbindung der Schlauchleitung 2 mit dem Anschlussteil 3 erreichen, die sich neben günstigen Herstellungskosten vor allem durch ihren geringen Bauraum aus- zeichnet, welcher beispielsweise bei der Ausgestaltung der Schlauchleitung 2 als Balg (vgl. Figur 1 und Figur 3) eine Erhöhung der Balgwellenanzahl und damit eine Vergrößerung der Flexibilität bei gleichem Einbauraum ermöglicht, was zur Erhöhung der Lebensdauer der Anordnung beiträgt.