Abgasrückführung Schoeller Werk setzt auf flachovale Rohre - AutomobilKONSTRUKTION

Abgasrückführung

Schoeller Werk setzt auf flachovale Rohre

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Rohre mit flachovalem Querschnitt sparen Platz und Gewicht bei der Auslegung von Systemen für die Abgasrückführung (AGR) bei Ottomotoren. Entscheidend ist, die ovalen Rohre nicht durch Umformung aus einem runden Rohr zu erzeugen – denn nur so lassen sich die Eigenspannungen ausreichend reduzieren, erläutert Mario Gerth, Leiter Vertrieb Automobil bei der Schoeller Werk GmbH & Co. KG. Das Unternehmen mit Sitz in Hellenthal fertigt ovale Rohre sowohl aus austenitischen als auch aus ferritischen Werkstoffen. Letztere bieten Vorteile bei der AGR.

Interview: Michael Corban, Chefredakteur, KEM Konstruktion

KEM Konstruktion: Herr Gerth, rund oder oval – macht das einen Unterschied bei Rohren für Abgasrückführungssysteme?

Gerth: Gefordert ist ein umweltfreundlicher Betrieb von Fahrzeugen und gerade beim Dieselmotor ist die Abgasrückführung eine bewährte Stellschraube. Je effizienter das Abgas abkühlt, bevor es dem Verbrennungsraum erneut zugeführt wird, desto geringer fällt die Stickoxidbildung aus. Beim Ottomotor ist dies etwas anders; hier wird durch die Reduzierung der Ladungswechselverluste eine Kraftstoffeinsparung und letztendlich eine Verringerung des Abgasausstoßes erzielt. Deswegen liegt das Augenmerk der AGR-Systemhersteller auf der Rohrtechnik. In konventionellen Systemen durchläuft das heiße Abgas 40 bis 50 innenliegende Rundrohre, die vom Kühlwasserkreislauf umschlossen sind, um die Temperatur der rückgeführten Abgase zu senken. Da die Effizienz dieses ‚Wärmetauschers‘ letztlich unmittelbar den Wirkungsgrad des Motors beeinflusst, spielen die zum Einsatz kommenden Edelstahlrohre eine große Rolle. Hier hat sich gezeigt, dass Flachovalrohre mit Abmessungen von beispielsweise 50 mal 5 Millimetern mit zusätzlicher innerer Verwirbelung eine Effizienzsteigerung bewirken. Unsere längsnahtgeschweißten Ovalrohre sind zudem eine platz- und gewichtsparende Alternative zu Rundrohren. Je nach AGR-Technologie genügen statt 50 runden dann 10 bis 15 ovale Rohre – auch dieser ‚Leichtbau‘ verringert den Kraftstoffeinsatz.

KEM Konstruktion: Schoeller Werk formt aus dem Bandmaterial direkt ein ovales Profil, das dann direkt verschweißt wird. Warum ist diese Art der Herstellung so wichtig?

Gerth: Klassisch werden längsnahtgeschweißte Ovalrohre per Profilierung hergestellt – will heißen: Zu Rundrohren verschweißte Bänder werden durch mechanische Einwirkung zu einem ovalen Profil kalibriert. Nachteilig dabei sind Druckstellen an der Oberfläche und eine erhöhte Eigenspannung im Material. Insbesondere dann, wenn solch ein Edelstahlrohr getrennt wird, neigt es aufgrund von Eigenspannungen dazu, wieder seine ursprüngliche Form anzustreben – auf diese Weise lassen sich die geforderten engen Toleranzen im Zehntelbereich nicht einhalten. Deswegen haben wir uns überlegt, wie wir die Fertigungsschritte und die Menge der Energie, die wir einbringen, reduzieren können. Relativ schnell war klar, dass es sinnvoll ist, das Bandmaterial direkt zum Flachovalprofil zu profilieren und zu verschweißen. Wir haben dazu einen spezifischen Fertigungsprozess entwickelt, bei dem die Bandkanten des profilierten Vormaterials mittels Laserstrahl kontinuierlich zu einem Rohrstrang verschweißt werden. Mit dieser Art der Direktumformung – sinngemäß ‚oval ohne Umformen‘ – umgehen wir die Nachteile des klassischen Verfahrens.

KEM Konstruktion: Welche Rolle spielt dabei der Werkstoff?

Gerth: Maßgabe für die Lebensdauer eines AGR-Systems sind rund 200.000 gefahrene Kilometer. Ferritische Edelstähle bieten hier im Vergleich zu austenitischen nichtrostenden Güten einen günstigeren Preis bei vergleichbaren Eigenschaften, vor allem sind die Preise – Stichwort Nickel, das an der Börse gehandelt wird – konstanter und damit leichter zu kalkulieren. Zudem neigen Ferrite nicht in gleicher Weise zur Kaltverfestigung beim Trennen beziehungsweise Umformen, wodurch sie geringere Eigenspannungen aufweisen. Allerdings: Das Verschweißen von Ferriten ist komplexer als von Austeniten – was eine fundierte Werkstoff- und Technologiekompetenz erfordert. Wir verfügen über diese Expertise und setzen insbesondere bei Ottomotoren auf ferritische AGR-Rohre, beispielsweise aus den Werkstoffen 1.4509 und 1.4521. Gerade bei der Umsetzung innovativer Konzepte setzen wir zudem auf eine enge Zusammenarbeit mit namhaften Zulieferern der Automobilindustrie; da Systemanforderungen immer ganzheitlich zu bewerten sind.

KEM Konstruktion: Sind zukünftig technologische Grenzen erkennbar?

Gerth: Klassischerweise wird ein AGR-System ja in einen seitens des OEMs vorgegebenen Bauraum ‚hineinkonstruiert‘. Gerade beim Downsizing der Motoren gilt es deshalb weiterhin, Platz zu sparen und kleiner zu bauen. Gefragt sind deshalb kleinere Rohrabmessungen und dünnere Wandstärken, da dies den Wärmeübergang beeinflusst. Beim Rundrohr erreichen wir inzwischen 0,25 Millimeter, und beim Flachovalrohr ist eine Forderung die Verringerung der Wandstärke von derzeit 0,5 auf 0,4 Millimeter – das lässt sich beim Schweißen beherrschen, allerdings wird das Handling einschließlich des Sägens, Entgratens und Waschens anspruchsvoller, weil die Rohre immer leichter werden.

Weitere Informationen zum Angebot für den Automotive-Bereich:

http://hier.pro/5mmmE


„Je nach AGR-Technologie genügen statt 50 runden dann 10 bis 15 ovale Rohre.“

Mario Gerth, Leiter Vertrieb Automobil bei der Schoeller Werk GmbH & Co. KG, Hellenthal
Bild: Schoeller Werk
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