DE10016401C2 - Gehäuse für Abgaskatalysatoren - Google Patents
Gehäuse für AbgaskatalysatorenInfo
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Abstract
Ein Gehäuse für Abgaskatalysatoren umfasst zwei Teilgehäuse (10.1, 20.1). Jedes Teilgehäuse (10.1, 20.1) besitzt wenigstens einen Eingangs- oder Ausgangskonus (11, 21), wenigstens einen Rohranschluss (13) und einen Gehäusemantel (12, 22). Jedes Teilgehäuse (10.1, 20.1) ist aus Blechplatinen nahtlos tiefgezogen, die Gehäusemäntel (12, 22) sind im Wesentlichen zylindrisch. Eine umlaufende Verbindungsnaht (1) verbindet die Gehäusemäntel (12, 22) gasdicht.
Description
Die Erfindung betrifft Gehäuse für Abgaskatalysatoren gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
Zur Entgiftung der Abgase von Verbrennungsvorgängen werden weltweit seit vielen
Jahren Abgaskatalysatoren eingesetzt. Einer der am weitesten verbreiteten
Anwendungsbereiche ist die Kraftfahrzeugtechnik, die Abgaskatalysatoren sowohl
hinter Otto- als auch hinter Dieselmotoren einsetzt. Die Gehäuse der
Abgaskatalysatoren bestehen aus verformtem Blech. Dabei gibt es mehrere
grundsätzliche Techniken.
Eine erste Herstellungstechnik ist die sogenannte Wickeltechnik (DE 32 09 211 A).
Hierbei wird zur Herstellung des Gehäusemantels ein Blech um den Katalysatorträger
herumgewickelt. Anschließend werden Eingangs- und Ausgangskonus an den
Gehäusemantel angeschweißt. Bei dieser Art von Gehäuse ist nachteilig, dass sich die
Bleche während der Herstellung der Schweißnähte verziehen können und dann
einseitige Kräfte auf den Katalysatorträger ausüben. Weiterhin ist nachteilig, dass die
Schweißnähte während des Betriebs thermisch hoch belastet sind.
Eine andere Gehäuseart verwendet aus tiefgezogenem Blech bestehende
Halbschalen, die über den Katalysatorträger gestülpt und anschließend miteinander
verschweißt werden (DE 73 01 454 U). Diese Schweißnaht verläuft über
Eingangskonus, Gehäusemantel, Ausgangskonus, Gehäusemantel zurück zum
Eingangskonus, ist relativ lang und muss in vielen Fällen von Hand nachgeschweißt
werden. Auch hier sind Teile der Schweißnaht thermisch hoch belastet. Der
wesentliche Nachteil dieser Gehäusekonstruktion ist jedoch, dass beim
Zusammenpressen der Halbschalen der Katalysatorträger leicht beschädigt werden
kann, was jedoch nach dem Verschweißen des Gehäuses nur noch schwer
kontrollierbar ist.
Eine dritte Art von Katalysatorgehäusen ist völlig nahtlos (DE 197 34 198 A).
Dabei wird von einem Rohr ausgegangen, dessen Querschnitt so groß ist, dass der
Katalysatorträger passgenau
eingesetzt werden kann. Anschließend werden mit dem sogenannten Hot-Roll-
Verfahren die beidseitig überstehenden Rohrenden zu Eingangs- und Ausgangskonus
umgeformt. Bei diesem Gehäusetyp ist nachteilig, dass Eingangs- und Ausgangskonus
sowie die dort vorgesehenen Rohranschlüsse nur koaxial ausgeführt werden können.
Auch ist die Herstellung relativ zeitaufwendig.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Katalysatorgehäuse
anzugeben, welches die Vorteile der beiden zuletzt genannten Gehäusearten
miteinander verbindet, ohne deren Nachteile zu haben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Gehäuse mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Ein solches Gehäuse besitzt eine Vielzahl von Vorteilen. Zunächst fehlen jegliche
Schweißnähte in temperatur- und festigkeitskritischen Bereichen z. B. von Eingangs-
und Ausgangskanus. Die die beiden Teilgehäuse miteinander verbindende Naht sitzt in
einem festigkeitsunkritischen Bereich des Gehäusemantels, ist kurz und lässt sich in
praktisch allen Fällen mit Hilfe von Automaten herstellen. Außerdem kann sie durch
entsprechende Ausgestaltung der Teilgehäuse an praktisch jede beliebige Stelle gelegt
werden, beispielsweise dorthin, wo die beim Schweißen entstehende Wärme den
Katalysatorträger nicht beeinflusst. Jedes Teilgehäuse kann einen Katalysatorträger
aufnehmen, wobei in jedem Fall ein fester Sitz des Trägerkörpers in seinem
Teilgehäuse erreicht wird, weil dieses seine Form nicht mehr verändert. Dies
ermöglicht auch eine sichere Kaltlagerung des Trägerkörpers.
Ein günstiger, d. h. gleichmäßiger Verlauf der Wanddicken und die minimalen bzw.
ganz fehlenden Schalenränder führen zu einer Gewichtsoptimierung und zu
günstigeren Einbauverhältnissen im Vergleich zu den heute üblichen Gehäuseformen.
Vorteilhafterweise besitzen die Teilgehäuse voneinander abweichende Querschnitte
zur Herstellung von Kaskaden-Katalysatoren. Dies eröffnet die Möglichkeit, in einem
Gehäuse Katalysatorträgerkörper unterschiedlicher Abmessungen zu positionieren und
die Strömungsverhältnisse zu optimieren. Lediglich im Bereich der Verbindungsnaht
müssen die Teilgehäuse gleiche Querschnitte haben.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung besitzt ein Teilgehäuse einen
gestuft-zylindrischen Querschnitt. Dies ermöglicht eine noch bessere Anpassung der
Gehäuseformen an die räumlichen Verhältnisse im Kraftfahrzeug.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind an einem Konus mehrere
Rohranschlüsse vorgesehen. Diese Ausführungsfarm ist insbesondere auch für
motornahe Katalysatoren geeignet, da sie die Möglichkeit eröffnet, die von den
Zylinderauslässen kommenden Abgasrohre direkt in den Eingangskonus des
Katalysatorgehäuses einzuführen.
Vorteilhafterweise schließt die Achse wenigstens eines Rohranschlusses mit der Achse
des Gehäusemantels einen Winkel ein. Auch diese Maßnahme dient der flexiblen
Anpassung des Gehäuses an die räumlichen Verhältnisse im Kraftfahrzeug. Sie
eröffnet des weiteren die Möglichkeit, die Anströmung der Stirnfläche des
Katalysatorträgers zu optimieren.
Auch die Querschnitte der Rohranschlüsse können beliebig ausgebildet sein, so wie
die Strömungsführung es verlangt.
Im selben Sinne wirkt auch das weitere Merkmal, wonach die Konen selbst nicht
rotationssymmetrisch ausgebildet sind.
Wenigstens ein Konus, üblicherweise der Eingangskonus, kann eine
strömungslenkende Einformung erhalten.
Vorzugsweise ist an einem der Teilgehäuse im Bereich der Verbindungsnaht ein
Sensor-Anschlussstutzen angeformt. Derartige Sensoren werden bei
Abgaskatalysatoren verwendet, um die katalytische Aktivität zu überwachen.
Da das beim Tiefziehen erreichbare Tiefungsverhältnis materialbedingt begrenzt ist,
wenn nicht teure und aufwendige mehrstufige Tiefziehvorgänge mit Zwischenglühen
verwendet werden sollen, kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung für
besonders lange Katalysatorgehäuse zwischen die Teilgehäuse ein Zwischenstück
jeglicher Form eingesetzt werden.
Vorteilhafterweise kann das erfindungsgemäße Gehäuse in ein wärmeisolierendes
Außengehäuse eingesetzt werden. Dieses Außengehäuse wird vorzugsweise in
derselben Weise hergestellt wie das Innengehäuse.
Vorteilhafterweise wird als Blechmaterial zur Herstellung insbesondere des
Innengehäuses vorzugsweise Edelstahl verwendet, sogar Inconel. Das thermisch
weniger belastete Außengehäuse dagegen kann aus einem preiswerteren Material
bestehen.
Vorteilhafterweise können die beiden Teilgehäuse auch identisch ausgebildet sein, um
das rationelle Gleichteilprinzip nutzen zu können.
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form von Ausführungsbeispielen näher
erläutert werden. Es zeigen jeweils in isometrischer Darstellung
Fig. 1 ein erstes Katalysatorgehäuse,
Fig. 2 ein zweites Katalysatorgehäuse,
Fig. 3 ein drittes Katalysatorgehäuse und
Fig. 4 ein viertes, in ein isolierendes Außengehäuse eingesetztes
Katalysatorgehäuse.
Fig. 1 zeigt ein erstes Katalysatorgehäuse. Dieses besteht aus zwei Teilgehäusen
10.1, 20.1, von denen jedes einen Eingangs- bzw. Ausgangskonus 11, 21 mit einem
Rohranschluss 13 und einen zylindrischen Mantel 12, 22 besitzt. Die Gehäusemäntel
12, 22 sind im wesentlichen zylindrisch. Ihre Querschnitte sind unterschiedlich.
Beide Gehäusemäntel 12, 22 sind durch eine umlaufende Naht 1 miteinander
verbunden, z. B. gasdicht verschweißt. Diese Naht 1 ist kurz und kann gegebenenfalls
ohne weiteres mit Verschließ- und Schweißautomaten hergestellt werden. Die Naht 1
lässt sich auch an einer Stelle positionieren, wo sie die im Gehäuseinneren
untergebrachten Katalysatorträger nicht beeinträchtigt.
Am Teilgehäuse 10.1 befindet sich ein Anschlussstutzen 14 für eine Lambdasonde.
Dieser Stutzen 14 sitzt im Bereich der Verbindungsnaht 1, so dass ein hier
eingesetzter Sensor in den Zwischenraum zwischen zwei im Inneren des Gehäuses
untergebrachte Katalysatorträger ragt. Anschlussstutzen 15 sind auch an anderen
Stellen anbringbar, z. B. am Eingangskonus 11.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Katalysatorgehäuse. Der Querschnitt des vorderen
Teilgehäuses 10.2 ist kreisförmig, der Querschnitt des hinteren Teilgehäuses 20.2
dagegen trioval. Lediglich im Bereich der Verbindungsnaht sind die Querschnitte der
beiden Teilgehäuse 10.2, 20.2 identisch, damit die Verbindungsnaht 1 gasdicht wird.
Der Eingangsstutzen 11 ist mit einer strömungslenkenden Einformung 16 versehen.
Außerdem ist der Rohrstutzen 17 mit quadratischem Querschnitt ausgeführt.
Fig. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel. Das erste Teilgehäuse 10.3 besitzt einen
Eingangskonus 11 mit drei Rohranschlüssen 13.1, 13.2, 13.3. Der Gehäusemantel 12
des Teilgehäuses 10.3 ist sehr kurz. Der Katalysatorträger sitzt nur im zweiten
Teilgehäuse 20.3. Ein derartiges Gehäuse ist insbesondere geeignet für einen
motornahen Katalysator, da die von den Zylinderauslässen kommenden Rohre direkt in
den Eingangsstutzen 11 eingeführt werden können.
Fig. 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel. Die beiden Teilgehäuse 10.4, 20.4
besitzen jeweils kreisförmigen Querschnitt. Sie sind in einem isolierenden
Außengehäuse 30 untergebracht, dessen Teilgehäuse 30.1, 30.2 in der gleichen
Weise hergestellt und durch eine umlaufende Naht 2 miteinander verbunden sind, wie
die inneren Teilgehäuse 10.4, 20.4.
Claims (12)
1. Gehäuse für Abgaskatalysatoren in Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor,
wenigstens umfassend
- - zwei aus Blech tiefgezogene Teilgehäuse (10.1, 20.1; 10.2, 20.2; 10.3, 20.3),
- - jedes Teilgehäuse besitzt wenigstens
- - einen Eingangs- oder Ausgangskonus (11, 21),
- - einen Rohranschluss (13, 17, 23)
- - und einen Gehäusemantel (12, 22),
- - eine gasdichte Verbindungsnaht (1) verbindet die Teilgehäuse (10.1, 20.1; 10.2, 20.2; 10.3, 20.3),
- - jedes Teilgehäuse (10.1, 20.1; 10.2, 20.2; 10.3, 20.3) ist nahtlos,
- - die Gehäusemäntel (12, 22) sind im wesentlichen zylindrisch,
- - eine umlaufende Verbindungsnaht (1) verbindet die Gehäusemäntel (12, 22)
2. Gehäuse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal:
- - die Teilgehäuse (10, 20) besitzen voneinander abweichende beliebige Querschnitte außerhalb der Verbindungsnaht (1).
3. Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch das Merkmal:
- - wenigstens ein Teilgehäuse (10, 20) besitzt einen gestuft-zylindrischen Querschnitt.
4. Gehäuse nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch das Merkmal:
- - an einem Konus (21) sind mehrere Rohranschlüsse (23.1, 23.2, 23.3) vorgesehen.
5. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch das Merkmal:
- - die Achse wenigstens eines Rohranschlusses (13, 23) schließt einen Winkel zur Achse des Gehäusemantels (12, 22) ein.
6. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch das Merkmal:
- - der Querschnitt des Rohranschlusses (13, 17, 23) ist beliebig.
7. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch das Merkmal:
- - die Konen (11, 21) sind nicht rotationssymmetrisch ausgeführt.
8. Gehäuse nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch das Merkmal:
- - wenigstens ein Konus (11) besitzt eine strömungslenkende Einformung (16).
9. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch das Merkmal:
- - an einem der Teilgehäuse (10) ist im Bereich der Verbindungsnaht (1) wenigstens ein Sensor-Anschlussstutzen (14) angeformt.
10. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch das Merkmal:
- - zwischen die Teilgehäuse (10, 20) ist ein Zwischenstück eingesetzt.
11. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch die Merkmale:
- - es ist ein Außengehäuse (30) vorgesehen,
- - das Außengehäuse (30) besteht aus wenigstens zwei tiefgezogenen Teil- Gehäusen (30.1, 30.2),
- - eine umlaufende Verbindungsnaht (2) verbindet die Außenteilgehäuse (30.1, 30.2).
12. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch das Merkmal:
- - das Blechmaterial ist Edelstahl, z. B. Inconel.
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