DE102005031677B4

DE102005031677B4 - Abgasbehandlungseinrichtung und zugehöriges Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102005031677B4
Application number: DE102005031677A
Authority: DE
Inventors: Georg Wirth; Marco Wenz; Peter Dr. Zacke
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Exhaust Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2005-07-05
Filing date: 2005-07-05
Publication date: 2007-11-29
Anticipated expiration: 2025-07-06
Also published as: CN1891990B; JP4909658B2; US20070009402A1; US7803327B2; DE102005031677A1; KR20070005500A; KR101364816B1; JP2007016785A; CN1891990A

Abstract

Abgasbehandlungseinrichtung für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs,
– mit einem Gehäuse (2),
– mit wenigstens einem im Gehäuse (2) angeordneten Abgasbehandlungseinsatz (3), der umfangsmäßig von Lagermaterial (4) umhüllt ist,
– wobei zwischen dem Lagermaterial (4) und dem Gehäuse (2) wenigstens eine Reibstruktur (5) vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die wenigstens eine Reibstruktur (5) durch wenigstens einen Reibeinsatz (7) gebildet oder an wenigstens einem Reibeinsatz (7) ausgebildet ist, wobei der jeweilige Reibeinsatz (7) ein bezüglich Lagermaterial (4), Abgasbehandlungseinsatz (3) und Gehäuse (2) separates Bauteil ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasbehandlungseinrichtung für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Abgasbehandlungseinrichtung.
Eine Abgasbehandlungseinrichtung, wie z.B. ein Katalysator oder ein Partikelfilter, umfasst üblicherweise ein Gehäuse sowie wenigstens einen darin angeordneten Abgasbehandlungseinsatz, vorzugsweise ein Katalysatorelement oder ein Partikelfilterelement. Zur Lagerung des jeweiligen Einsatzes im Gehäuse ist der Einsatz umfangsmäßig von einem Lagermaterial umhüllt, das vorzugsweise als Lagermatte ausgestaltet ist. Insbesondere bei keramischen Einsätzen, z.B. in Form von Monolithen, werden derartige Lagermaterialien gleichzeitig dazu verwendet, den jeweiligen Einsatz im vorzugsweise aus Metall hergestellten Gehäuse axial zu fixieren. Hierzu wird das Lagermaterial im eingebauten Zustand radial verspannt. Gleichzeitig können dadurch Herstellungstoleranzen ausgeglichen werden.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass sich das Lagermaterial im Laufe der Zeit durch den Betrieb der Brennkraftmaschine bzw. der Abgasanlage verändert. Durch diese Veränderung oder Al terung kann sich die radiale Vorspannung reduzieren. Die Festigkeit der axialen Lagefixierung zwischen Abgasbehandlungseinsatz und Gehäuse nimmt dadurch ab, wodurch die Gefahr entsteht, dass der jeweilige Einsatz durch im Betrieb auftretende Strömungswiderstände und Massenkräfte relativ zum Gehäuse verstellt wird. Hierdurch kann der Einsatz zerstört werden, was eine Beschädigung der Abgasbehandlungseinrichtung sowie der gesamten Abgasanlage nach sich ziehen kann.
Aus der DE 198 03 063 A1 ist eine Abgasbehandlungseinrichtung für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bekannt, die ein Gehäuse sowie wenigstens einen im Gehäuse angeordneten Abgasbehandlungseinsatz aufweist, der umfangsmäßig von Lagermaterial umhüllt ist. Zur Lagefixierung des Lagermaterials im Gehäuse wird bei der bekannten Abgasbehandlungseinrichtung das Gehäuse an seiner Innenseite mit einer Reibstruktur versehen, um auf diese Weise die Reibung zwischen Lagermaterial und Gehäuse zu erhöhen. Diese Reibstruktur wird dabei in Form einer aufgerauhten Oberfläche des Gehäuses realisiert.
Aus der DE 195 05 030 A1 ist es bekannt, die Lagermatte mit einer Gleitfolie zu umwickeln, um so das Einführen des mit der Lagermatte und der Gleitfolie umwickelten Abgasbehandlungseinsatzes in das Gehäuses zu vereinfachen.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Abgasbehandlungseinrichtung der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine verbesserte Axialfixierung des jeweiligen Abgasbehandlungseinsatzes im Gehäuse auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht bei einer ersten Lösung auf dem allgemeinen Gedanken, eine zwischen dem Lagermaterial und dem Gehäuse vorgesehene Reibstruktur mittels wenigstens eines Reibeinsatzes zu realisieren. Solche in Form separater Bauteile realisierte Reibungssätze lassen sich zwischen Lagermaterial und Gehäuse einsetzen. Während eine zusätzliche Bearbeitung der Innenseite des Gehäuses relativ aufwändig sein kann, können im Unterschied dazu zusätzliche Reibeinsätze vergleichsweise preiswert hergestellt und mit geringem Aufwand eingebaut werden.
Die Erfindung nutzt hierbei die Erkenntnis, dass bei einer herkömmlichen Abgasbehandlungseinrichtung die Haftreibung zwischen dem Lagermaterial und dem Gehäuse das schwächste Glied in der durch radiale Verspannung des Lagermaterials erzielten axialen Fixierung zwischen dem jeweiligen Abgasbehandlungseinsatz und dem Gehäuse darstellt. Denn üblicherweise herrscht zwischen dem Lagermaterial und dem Gehäuse ein relativ kleiner Reibbeiwert, der zumindest bei einem metallischen Gehäuse und einem keramischen Abgasbehandlungseinsatz kleiner ist als ein Reibbeiwert zwischen dem Lager material und dem Abgasbehandlungseinsatz. Da die Haftreibung eine Funktion des Reibbeiwerts, der Kontaktfläche und der Normalkraft ist, gibt bei zunehmender Axialbelastung bzw. bei abnehmender radialer Verspannung des Lagermaterials, also bei abnehmender Normalkraft die Haftung zwischen dem Lagermaterial und dem Gehäuse zuerst nach und der wenigstens eine mit dem Lagermaterial umhüllte Abgasbehandlungseinsatz setzt sich relativ zum Gehäuse in Bewegung.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Reibstruktur zwischen Lagermaterial und Gehäuse kann der Reibbeiwert zwischen Lagermaterial und Gehäuse signifikant erhöht werden, was die Haftung zwischen Lagermaterial und Gehäuse entsprechend verbessert.
Für die Ausgestaltung der Reibeinsätze gibt es quasi beliebige Möglichkeiten. Denkbar ist beispielsweise eine Art doppelseitige Schleiffolie; ebenso sind bandförmige Metallstreifen denkbar, die entsprechend aufgerauhte Oberflächen besitzen. Gemäß einer preiswerten und leicht bauenden Variante kann der jeweilige Reibeinsatz durch ein Rippenstreckmetall gebildet sein, das aufgrund seiner Herstellung automatisch eine scharfkantige Rautenstruktur besitzt.
Die Erfindung beruht bei einer zweiten Lösung auf dem allgemeinen Gedanken, zwischen dem Lagermaterial des jeweiligen Abgasbehandlungseinsatzes und dem Gehäuse wenigsten einen Fixiereinsatz einzubringen, der einerseits das Lagermaterial fixiert und andererseits am Gehäuse befestigt ist. Durch die Verwendung derartiger Fixiereinsätze können geeignete Befestigungstechniken eingesetzt werden, um einerseits das Lagermaterial zumindest in axialer Richtung am jeweiligen Fixiereinsatz zu fixieren und um andererseits den jeweiligen Fixiereinsatz am Gehäuse zu befestigen. Auf die Reibung zwischen dem Lagermaterial und dem Gehäuse bzw. zwischen dem Fixiereinsatz und dem Lagermaterial einerseits und dem Fixiereinsatz und dem Gehäuse andererseits kommt es dann nicht mehr an. Diese Lösung kann für bestimmte Anwendungsfälle von Vorteil sein.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
1 und 2 jeweils einen stark vereinfachten Längsschnitt durch eine Abgasbehandlungseinrichtung bei unterschiedlichen Ausführungsformen,
3 bis 6 jeweils einen stark vereinfachten halben Längsschnitt durch Abgasbehandlungseinrichtungen bei anderen Ausführungsformen,
7 und 8 Draufsichten auf Lagermaterial bei verschiedenen Ausführungsformen,
9 und 10 Draufsichten auf Rippenstreckmetall bei verschiedenen Herstellungszuständen,
11 bis 13 jeweils stark vereinfachte halbe Längsschnitte der Abgasbehandlungseinrichtung während der Herstellung bei unterschiedlichen Ausführungsformen,
14 eine Ansicht wie in 6, jedoch bei einer anderen Ausführungsform,
15 eine Ansicht wie in 8, jedoch bei der Ausführungsform gemäß 14,
16 eine Ansicht wie in 14, jedoch bei einer weiteren Ausführungsform,
17 eine Ansicht auf einen Fixiereinsatz der Ausführungsform gemäß 16,
18 eine Schnittansicht entsprechend Schnittlinien XVIII in 17,
19 eine Seitenansicht des Fixiereinsatzes entsprechend einer Blickrichtung XIX in 17.
Entsprechend den 1 bis 6 umfasst eine erfindungsgemäße Abgasbehandlungseinrichtung 1, die zum Einbau in eine Abgasanlage einer, vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug angeordneten Brennkraftmaschine, geeignet ist, ein Gehäuse 2, zumindest einen darin angeordneten Abgasbehandlungseinsatz 3 sowie ein Lagermaterial 4. Das Lagermaterial 4 umhüllt den wenigstens einen Abgasbehandlungseinsatz 3 umfangsmäßig und ist im montierten Zustand radial zwischen dem jeweiligen Abgasbehandlungseinsatz 3 und dem Gehäuse 2 angeordnet. Das Lagermaterial 4 bildet dabei eine Lagerung für den jeweiligen Abgasbehandlungseinsatz 3 sowie gleichzeitig eine axiale Fixierung desselben im Gehäuse 2. Zur Verbesserung dieser Axialfixierung ist erfindungsgemäß zwischen dem Lagermaterial 4 und dem Gehäuse 2 zumindest eine Reibstruktur 5 vorgesehen. Diese wenigstens eine Reibstruktur 5 ist dabei so ausgestaltet, dass sie die Haftreibung oder Haftung zwischen dem Lagermaterial 4 und dem Gehäuse 2 signifikant erhöht gegenüber einem vergleichbaren Aufbau ohne die wenigstens eine Reibstruktur 5. Hierzu ist die wenigstens eine Reibstruktur 5 beispielsweise so ausgestaltet, dass sie gegenüber dem Lagermaterial 4 einen Reibbeiwert aufweist, der größer ist als ein Reibbeiwert, der sich zwischen dem Lagermaterial 4 und dem Gehäuse 2 dann einstellt, wenn die jeweilige Reibstruktur 5 fehlt, also bei konventioneller Bauweise.
Gezielt erfolgt die Auslegung der wenigstens einen Reibstruktur 5 vorzugsweise so, dass sie gegenüber dem Lagermaterial 4 einen Reibbeiwert aufweist, der etwa gleich groß ist wie oder größer ist als ein Reibbeiwert, der zwischen dem Lagermaterial 4 und dem wenigstens einen Abgasbehandlungseinsatz 3 herrscht. Hierdurch ist sichergestellt, dass bei zunehmender Axialbelastung und/oder bei reduzierter radialer Verspannung des Lagermaterials 4 die Haftung zwischen Lagermaterial 4 und Gehäuse 2 nicht vor der Haftung zwischen Lagermaterial 4 und dem wenigstens einen Abgasbehandlungseinsatz 3 nachgibt. Konkret kann die wenigstens eine Reibstruktur 5 einen Reibbeiwert gegenüber dem Lagermaterial 4 aufweisen, der mindestens einen Wert von 0,4 oder wenigstens 0,5 aufweist.
Vorzugsweise besteht das Gehäuse 2 aus Metall bzw. Metallblech. Obwohl in den hier gezeigten Ausführungsformen jeweils nur ein einziger Abgasbehandlungseinsatz 3 dargestellt ist, ist klar, dass bei anderen Ausführungsformen auch mehrere Abgasbehandlungseinsätze 3, insbesondere axial benachbart, im Gehäuse 2 untergebracht sein können. Der jeweilige Abgasbehandlungseinsatz 3 kann beispielsweise als Monolith ausgestaltet sein und vorzugsweise aus Keramik bestehen. Denkbar ist eine Ausgestaltung des jeweiligen Abgasbehandlungseinsatzes 3 als Katalysatorelement oder als Partikelfilterelement.
Das Lagermaterial 4 ist vorzugsweise eine Lagermatte, mit welcher der jeweilige Abgasbehandlungseinsatz 3 eingewickelt ist. Die Lagermatte bzw. das Lagermaterial 4 kann quellend oder nicht quellend ausgestaltet sein. Das Lagermaterial 4 umfasst z.B. keramische Fasern, in die zur Realisierung der Quellfunktion thermisch blähender Glimmer eingearbeitet sein kann. Des Weiteren ist das Lagermaterial 4 im Einbauzustand mit der wenigstens einen zwischen dem Gehäuse 2 und der Lagermatte 4 ausgebildeten Reibkontur 5 radial verpresst bzw. verspannt. Durch die radiale Verspannung wird eine Normalkraft zwischen Lagermaterial 4 und Gehäuse 2 erzeugt, deren Größe ein maßgeblicher Faktor für die Haftreibung zwischen Lagermaterial 4 und Gehäuse 2 ist.
1 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher die jeweilige Reibstruktur 5 in eine Innenseite 6 des Gehäuses 2, die der Lagermatte 4 zugewandt ist, integriert ist. Die jeweilige Reibstruktur 5 bildet dabei kein separates Bauteil, sondern wird integral an der Innenseite 6 ausgebildet. Beispielsweise lässt sich eine solche integrierte Reibstruktur 5 durch Aufrauhen und/oder durch Anschneiden und/oder durch Verrippen und/oder durch Verzahnen der Innenseite 6 ausbilden. Hierzu können sich regelmäßige Muster oder stochastische Rauhigkeiten anbieten. Die jeweiligen Reibstrukturen 5 können linienförmig und/oder punktförmig ausgestaltet werden. Ebenso sind flächige Reibstrukturen 5 möglich. Insbesondere kann eine einzige Reibstruktur 5 vorgesehen sein, die sich über einen Axialabschnitt der Innenseite 6 zylindrisch er streckt, vorzugsweise wie hier über die gesamte axiale Länge der Lagermatte 4.
Die 2 bis 6 zeigen andere Ausführungsformen, bei denen die wenigstens eine Reibstruktur 5 durch wenigstens einen Reibeinsatz 7 gebildet ist oder an wenigstens einem Reibeinsatz 7 ausgebildet ist. Ein derartiger Reibeinsatz 7 bildet dabei ein bezüglich der Lagermatte 4, bezüglich des wenigstens einen Abgasbehandlungseinsatzes 3 und bezüglich des Gehäuses 2 jeweils ein separates Bauteil, das zusätzlich in die Abgasbehandlungseinrichtung 1 eingebaut wird. Dabei ist klar, dass der wenigstens eine separate Reibeinsatz 7 der in den 2 bis 6 gezeigten Ausführungsformen grundsätzlich mit der wenigstens einen in 1 gezeigten integrierten Reibstruktur 5 kombinierbar ist.
Die 2 bis 5 zeigen jeweils Ausführungsformen, bei denen nur ein einziger Reibeinsatz 7 vorgesehen ist. Im Unterschied dazu zeigt 6 eine Ausführungsform mit mehreren Reibeinsätzen 7.
Der jeweilige Reibeinsatz 7 kann besagte Reibstruktur 5 ausschließlich auf seiner dem Lagermaterial 4 zugewandten Innenseite oder ausschließlich auf seiner dem Gehäuse 2 zugewandten Außenseite oder sowohl an seiner Innenseite als auch an seiner Außenseite aufweisen. In 2 ist die Reibstruktur 5 sowohl an der Außenseite des Reibeinsatzes 7 als auch an der Innenseite des Reibeinsatzes 7 ausgebildet. Im Unterschied dazu ist bei den Ausführungsformen der 3 bis 6 die Reibstruktur 5 am jeweiligen Reibeinsatz 7 zumindest an der Innenseite des jeweiligen Reibeinsatzes 7 ausgebildet. Eine Reibstruktur 5 an der Außenseite des jeweiligen Reibeinsatzes 7 ist dadurch ausdrücklich nicht ausgeschlossen. Grundsätzlich können sich die Reibstrukturen 5, die an der Innenseite des jeweiligen Reibeinsatzes 7 ausgebildet sind, von den Reibstrukturen 5, die an den Außenseiten der jeweiligen Reibeinsätze 7 ausgebildet sind, z.B. hinsichtlich Rauhigkeit oder Reibbeiwert, unterscheiden.
Bei der Ausführungsform gemäß 1 ist die jeweilige Reibstruktur 5 durch ihre Integration in die Innenseite 6 gehäusefest angeordnet. Bei der Ausführungsform gemäß 2 wird die jeweilige, dem Gehäuse 2 zugewandte Reibstruktur 5 des jeweiligen Reibeinsatzes 7 beispielsweise so ausgelegt, dass sich auch zwischen dem Reibeinsatz 7 und dem Gehäuse 2 ein entsprechend hoher Reibbeiwert ausbildet. Auf diese Weise kann auch zwischen dem Reibeinsatz 7 und dem Gehäuse 2 eine hinreichende Haftung erzielt werden. Eine derartige Bauweise lässt sich beispielsweise dann realisieren, wenn das Gehäuse 2 in Halbschalenbauweise hergestellt wird. Der jeweilige Reibeinsatz 7 lässt sich dann besonders einfach zusammen mit dem mit dem Lagermaterial 4 umwickelten Abgasbehandlungseinsatz 3 in die eine Gehäusehalbschale einsetzen, die anschließend mit der anderen Gehäusehalbschale zum Gehäuse 2 komplettiert werden kann.
Bei der Herstellung von Abgasbehandlungseinrichtungen 1 ist jedoch ein weiter unten mit Bezug auf die 11 bis 13 nä her beschriebenes Verfahren weit verbreitet, bei dem der mit dem Lagermaterial 4 umwickelte Abgasbehandlungseinsatz 3 axial in einen umfangsmäßig geschlossenen Mantel 8 des Gehäuses 2 eingebracht wird. Reibstrukturen 5 können das axiale Einbringen des umwickelten Einsatzes 3 behindern. Um diese Schwierigkeiten zu reduzieren, ist es grundsätzlich möglich, die jeweilige Reibstruktur 5 an der dem Gehäuse 2 zugewandten Außenseite des jeweiligen Reibeinsatzes 7 so auszugestalten, dass sich zwischen dem Gehäuse 2 und dem Reibeinsatz 7 nur ein vergleichsweise geringer Reibbeiwert einstellt. Ebenso ist es grundsätzlich möglich an der Außenseite der Reibeinsätze 7 keine speziellen Reibstrukturen 5 auszubilden.
Zur axialen Fixierung des jeweiligen Reibeinsatzes 7 im Gehäuse 2 kann der jeweilige Reibeinsatz 7 durch spezielle Maßnahmen am Gehäuse 2 befestigt werden.
Entsprechend den 3 bis 6 kann der jeweilige Reibeinsatz 7 beispielsweise so dimensioniert werden, dass er in axialer Richtung über das Lagermaterial 4 bzw. über den wenigstens einen Abgasbehandlungseinsatz 3 vorsteht. Entsprechend 3 kann der jeweilige Reibeinsatz 7 dabei in axialer Richtung in einen Ringraum 9 hineinragen, der zwischen dem Gehäusemantel 8 und einem Gehäusetrichter 10, vorzugsweise ein Einlasstrichter, ausgebildet ist. Besagter Gehäusetrichter 10 ist am Gehäusemantel 8 mittels einer umlaufenden Schweißverbindung 11 festgelegt. Bei der hier gezeigten Ausführungsform ragt der jeweilige Reibeinsatz 7 so weit in den Ring raum 9 hinein, dass besagte Schweißverbindung 11 gleichzeitig auch den jeweiligen Reibeinsatz 7 am Gehäuse 2 befestigt.
Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform ist der jeweilige Reibeinsatz 7 durch eine zusätzliche Schweißverbindung in Form von Schweißpunkten 12 am Gehäuse 2 befestigt. Dabei zeigt 4 einen einzelnen Reibeinsatz 7, der das Lagermaterial 4 umfangsmäßig umhüllt und der mit mehreren Schweißpunkten 12 am Gehäuse 2 befestigt ist. Im Unterschied dazu zeigt 6 eine Ausführungsform mit mehreren Reibeinsätzen 7, die umfangsmäßig verteilt angeordnet sind und jeweils mit einem separaten Schweißpunkt 12 am Gehäuse 2 befestigt sind.
Entsprechend 5 kann zur Befestigung des jeweiligen Reibeinsatzes 7 am Gehäuse 2 ein zusätzliches Bauteil, nämlich ein Ringkörper 13 verwendet werden, mit dem der jeweilige Reibeinsatz 7 am Gehäuse 2 befestigt ist. Hierzu ist besagter Ringkörper 13 von innen gegen den jeweiligen Reibeinsatz 7 angelegt und mit einer umlaufenden Schweißnaht 14 am Gehäuse 2 befestigt. Durch diese Schweißnaht 14 wird gleichzeitig der jeweilige Reibeinsatz 7 am Ringkörper 13 und/oder am Gehäuse 2 befestigt. Ein derartiger zusätzlicher Ringkörper 13 ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn der jeweilige Reibeinsatz 7 eine vergleichsweise kleine Wandstärke aufweist, die beispielsweise zum Punktschweißen ungeeignet ist. Des Weiteren vereinfacht der Ringkörper 13 die Axialfixierung mehrerer Reibeinsätze 7, denen er gemeinsam zugeordnet ist. Durch das Anschweißen des Ringkörpers 13 am Gehäuse 2 werden dann gleichzeitig sämtliche einzelne Reibeinsätze 7 am Gehäuse 2 fixiert. Der Ringkörper 13 ist entsprechend 5 im Gehäuse 2 gegenüber dem wenigstens einen Abgasbehandlungseinsatz 3 axial versetzt angeordnet, wobei der Ringkörper 13 z.B. auch als Axialanschlag für das Lagermaterial 4 dienen kann.
Entsprechend den 7 und 8 ist es grundsätzlich möglich, das Lagermaterial 4 bahnförmig so zu konfektionieren, dass es besonders einfach außen auf den jeweiligen Abgasbehandlungseinsatz 3 aufgewickelt werden kann. Dabei kann es zweckmäßig sein, die Reibeinsätze 7 bereits im Rahmen der Konfektionierung des Lagermaterials 4 am Lagermaterial 4 anzuordnen. Beispielsweise sind in den 7 und 8 mehrere streifenförmige Reibeinsätze 7 in Umfangsrichtung nebeneinander auf dem Lagermaterial 4 angeordnet. Bei der Ausführungsform gemäß 7 erstrecken sich die Reibeinsätze 7 innerhalb der axialen Länge des Lagermaterials 4, was hier der Bahnbreite der Lagermaterialbahn entspricht. Im Unterschied dazu ragen die Reibeinsätze 7 bei der Variante gemäß 8 axial über das Lagermaterial 4 vor. Im montierten Zustand führt dies zur Ausführungsform gemäß 6.
Der jeweilige Reibeinsatz 7 besteht zweckmäßig aus einem warmfesten oder hitzefesten und insbesondere zunderbeständigen Material, z. B. Edelstahl. Entsprechend den 9 und 10 kann der jeweilige Reibeinsatz 7 entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform durch Rippenstreckmetall 15 gebildet sein. Derartiges Rippenstreckmetall 15 lässt sich bei spielsweise dadurch herstellen, dass entsprechend 9 ein bahnförmiges Blech 16 mit einer Vielzahl paralleler Schlitze versehen wird. Anschließend wird das Blech 16 quer zu den Schlitzen entsprechend Pfeilen 17 gestreckt, wodurch die Schlitze entsprechend 10 zu rautenförmigen Öffnungen aufgeweitet werden. Das Blechmaterial bildet dabei die Öffnungen einfassende Rippen aus, die sich durch das Strecken außerdem aus der Blechebene heraus aufstellen. Diese Rippen sind dabei vergleichsweise scharfkantig, wodurch das Streckmetall 15 zumindest an einer Seite die Realisierung eines sehr hohen Reibbeiwerts ermöglicht.
Wie bereits weiter oben erläutert, kann es beim axialen Einschieben des mit dem Lagermaterial 4 umhüllten Abgasbehandlungseinsatzes 3 in das Gehäuse 2 zu Problemen kommen, wenn die jeweilige Reibstruktur 5 entsprechend ihrer Funktion die Reibung zwischen dem Gehäuse 2 und der einzuschiebenden Einheit vergrößert. Diese Reibung kann einerseits zu Beschädigungen führen; andererseits kann durch den Einführvorgang die jeweilige Reibstruktur 5 abgestumpft werden, was ihre Funktion beeinträchtigt.
Um diese Problematik zu entschärfen, wird gemäß einem bevorzugten Herstellungsverfahren vorgeschlagen, eine Montagehilfehülle 18 zu verwenden, und zwar so, dass diese sich beim axialen Einbringen des jeweiligen Abgasbehandlungseinsatzes 3 in das Gehäuse 2 radial zwischen der jeweiligen Reibstruktur 5 und dem Gehäuse 2 bzw. zwischen der jeweiligen Reibstruktur 5 und dem Lagermaterial 4 befindet. Die Montagehil fehülle 18 zeichnet sich durch einen niedrigen Reibbeiwert aus und deaktiviert dadurch die jeweilige Reibstruktur 5. Auf diese Weise lässt sich die in das Gehäuse 2 einzubringende Einheit bei reduzierter Reibung einführen, was die Herstellung extrem vereinfacht. Die Montagehilfehülle 18 ist vorzugsweise so ausgelegt, dass sie sich spätestens im Betrieb der Abgasbehandlungseinrichtung 1 verflüchtigt. Beispielsweise besteht die Montagehilfehülle 18 aus einem entsprechenden Kunststoff. Zusätzlich oder alternativ kann die Montagehilfehülle 18 so ausgelegt sein, dass sie die Deaktivierung der jeweiligen Reibstruktur 5 nur für den Montagevorgang gewährleisten kann und anschließend wegen der herrschenden radialen Verspannung zwischen Lagermaterial 4 und Gehäuse 2 aufgrund von Fliess- oder Kriechprozessen nachgibt und dadurch die jeweilige Reibstruktur 5 wieder aktiviert.
Entsprechend den 11 bis 13 wird der wenigstens eine mit dem Lagermaterial 4 umhüllte Abgasbehandlungseinsatz 3 mittels eines Einfuhrtrichters 19 in den Gehäusemantel 8 axial eingeführt. Hierbei wird das Lagermaterial 4 radial komprimiert, z. B. um etwa 50 % der Dicke, um die im eingeführten Zustand gewünschte radiale Verspannung bzw. Vorspannung zwischen Lagermaterial 4 und Gehäuse 2 zu erzielen.
Bei der Ausführungsform gemäß 11 ist das Lagermaterial 4 mit dem wenigstens einen Reibeinsatz 7 versehen, der sowohl an seiner Innenseite als auch an seiner Außenseite jeweils mit der Reibstruktur 5 versehen ist. Die außen liegende Reibstruktur 5 ist mit Hilfe der Montagehilfehülle 18 de aktiviert. Zu diesem Zweck ist die Montagehilfehülle 18 außen auf das mit dem wenigstens einen Reibeinsatz 7 versehene Lagermaterial 4 aufgebracht. Das durch einen Pfeil 20 angedeutete Einpressen oder Einschieben, der aus Abgasbehandlungseinsatz 3, Lagermaterial 4, Reibeinsatz 7 und Montagehilfehülle 18 gebildeten Einheit wird dadurch vereinfacht.
Bei der in 12 gezeigten Ausführungsform ist die jeweilige Reibstruktur 5 entsprechend der Ausführungsform gemäß 1 in die Innenwand 6 des Gehäusemantels 8 integriert. Vorzugsweise ist hier die Montagehilfehülle 18 im Gehäuse 2 angeordnet, wodurch die jeweilige Reibstruktur 5 deaktiviert ist. Vorzugsweise erstreckt sich die Montagehilfehülle 18 hierbei auch entlang des Einfuhrtrichters 18, um so das Einführen des mit dem Lagermaterial 4 umhüllten Einsatzes 3 zu erleichtern. Die Montagehilfehülle 18 kann beispielsweise am Einfülltrichter 19 festgelegt sein.
13 zeigt eine weitere Besonderheit, da dort der mit dem Lagermaterial 4 umhüllte Abgasbehandlungseinsatz 3 an dem wenigstens einen Reibeinsatz 7 in den Gehäusemantel 8 hineingezogen wird. Ein entsprechendes Zugwerkzeug ist mit 21 bezeichnet, während die eingebrachte Zugkraft durch einen Pfeil 22 symbolisiert ist. Das Einbringen des Einsatzes 3 kann dabei durch die Druckkraft unterstützt werden.
Um beim axialen Einführen der Einheit aus Abgasbehandlungseinsatz 3, Lagermaterial 4 und wenigstens einem Reibeinsatz 7 in den Gehäusemantel 8 ein axiales Verrutschen des wenigs tens einen Reibeinsatzes 7 relativ zum Lagermaterial 4 zu vermeiden, kann der wenigstens eine Reibeinsatz 7 am Abgasbehandlungseinsatz 3 befestigt sein. Beispielsweise kann wenigstens ein geeignetes Fixierband vorgesehen sein, das sich über die in Einführrichtung vordere axiale Stirnseite erstreckt und an seinen Enden mit wenigstens einem Reibeinsatz 7 verbunden ist. Ebenso können bandförmige Reibeinsätze 7 so angeordnet sein, dass sie sich über die vorausgehende Stirnseite erstrecken. Mehrere solcher wandförmiger Reibeinsätze 7 können sich an der Stirnseite überkreuzen.
Grundsätzlich ist es möglich, den jeweiligen Reibeinsatz 7 in das Lagermaterial 4 fest einzubinden. Beispielsweise kann der jeweilige Reibeinsatz 7 Durchbrüche aufweisen, beispielsweise bei einer Ausgestaltung als Lochblech, und bereits bei der Herstellung des Lagermaterials 4 in dieses mehr oder weniger formschlüssig eingebunden werden. Sofern durch die Einbindung des Reibeinsatzes 7 in das Lagermaterial 4 zwischen Reibeinsatz 7 und Lagermaterial 4 grundsätzlich keine Reibstruktur 5 mehr erforderlich ist, kann auf eine solche verzichtet werden. Zusätzlich kann auch eine Reibstruktur 5 zwischen dem Reibeinsatz 7 und dem Gehäuse entbehrlich sein, wenn der jeweilige Reibeinsatz 7 auf geeignete Weise am Gehäuse 2 axial fixiert wird. Wenn sowohl innen als auch außen keine Reibstruktur 5 am Reibeinsatz 7 benötigt wird, kann anstelle des Reibeinsatzes 7 auch ein modifizierter Einsatz oder Fixiereinsatz verwendet werden, der keine spezielle Reibstruktur 5 aufweist. Diese Ausführungsform stellt dabei eine alternative Lösung zur Verbesse rung der axialen Fixierung des Lagermaterials 4 im Gehäuse 2 dar, die ohne Reibstrukturen 5 arbeitet. Sofern zur Realisierung dieser alternativen Lösung der jeweilige Einsatz oder Fixiereinsatz fest in das Lagermaterial 4 eingebunden wird, ist diese Lösung möglicherweise mit einem erhöhten Aufwand verbunden.
Im folgenden werden anhand der 14 bis 19 beispielhafte Ausführungsformen für Abgasbehandlungseinrichtungen 1 näher erläutert, die ohne Reibstrukturen 5 und ohne Reibeinsätze 7 auskommen und stattdessen jeweils wenigstens einen der vorstehend genannten Fixiereinsätze 24 aufweisen. Entsprechend 14 können mehrere derartige Fixiereinsätze 24 umfangsmäßig verteilt angeordnet sein und dabei radial zwischen dem Lagermaterial 4 und dem Gehäuse 2 angeordnet sein. Die Fixiereinsätze 24 sind beispielsweise durch Schweißpunkte 12 am Gehäuse 2 befestigt. Die in 14 gezeigten Fixiereinsätze 24 bilden für das Lagermaterial 4 eine axiale Fixierung. Insoweit ist das Lagermaterial 4 über die Fixiereinsätze 24 axial am Gehäuse 2 fixiert. Diese Axialfixierung wird hier dadurch erreicht, dass der jeweilige Fixiereinsatz 24 an seinem abströmseitigen Ende einen radial nach innen abstehenden Rand 25 aufweist, der beispielsweise nach innen abgewinkelt ist. Besagter Rand 25 übergreift das Lagermaterial 24 am abströmseitigen Stirnende. Hierdurch wirkt der Fixiereinsatz 24 als Zuganker für das Lagermaterial 4.
Entsprechend 15 können auch diese Fixiereinsätze 24 beim Konfektionieren des Lagermaterials 4 bereits an diesem angebracht werden, wodurch sich die Montage der Abgasbehandlungseinrichtung 1 vereinfacht. Erkennbar ist, dass bei dieser Ausführungsform die Fixiereinsätze 24 in axialer Richtung, also quer zur Längsrichtung des bahnenförmigen Lagermaterials 4 über das Lagermaterial 4 vorstehen, und zwar einerseits mit dem für die Ausbildung der Schweißpunkte 12 vorgesehenen Endbereich und andererseits mit dem Rand 25.
Entsprechend 16 können die Fixereinsätze 24 bei einer anderen Ausführungsform auch dadurch am Lagermaterial 4 befestigt sein, dass sie an der dem Lagermaterial 4 zugewandten Seite eine Zahnstruktur 26 aufweisen, die in das Lagermaterial 4 eingreift und dabei in das Lagermaterial 4 eindringt. Durch den formschlüssigen Eingriff der Zahnstruktur 26 in das Lagermaterial 4 ist dieses zumindest in axialer Richtung hinreichend am jeweiligen Fixiereinsatz 24 fixiert. Eine derartige Zahnstruktur 26 ist dabei um ein Vielfaches stärker ausgeprägt als die Rauhigkeit der Reibstruktur 5 der weiter oben beschriebenen Ausführungsformen.
Entsprechend den 17 bis 19 kann der jeweilige Fixiereinsatz 24 beispielsweise in dem dem Lagermaterial 4 zugeordneten Bereich einen U-Profil-Abschnitt 27 aufweisen. An den sich gegenüberliegenden Schenkeln des U-Profil-Abschnitts 27 kann die Zahnstruktur 26 ausgebildet sein. Die einzelnen Zähne oder Zacken können dabei ausgebrochen, ausgeschnitten oder durch Abwinkeln hergestellt sein. Ein derartig ausgestalteter Fixiereinsatz 24 lässt sich vergleichsweise preiswert herstellen.
Bei einer alternativen Ausführungsform kann der Fixiereinsatz 24 anstelle einer Zahnstruktur 26 auch eine Nagelstruktur aufweisen, die sich durch eine Vielzahl radial nach innen vorstehender Nägel charakterisiert. Diese Nägel greifen dann in entsprechender Weise in das Lagermaterial 4 ein und bilden dadurch eine hinreichende Axialfixierung des Lagermaterials 4 am jeweiligen Fixiereinsatz 24.
Die weiter oben zur Fixierung des jeweiligen Reibeinsatzes 7 am Gehäuse 2 erläuterten Merkmale sind entsprechend auch für die jeweiligen Fixiereinsätze 24 realisierbar. Ebenso sind die vorstehend für die Reibeinsätze 7 beschriebenen Verfahrensmerkmale in entsprechender Weise auch für die Ausführungsform mit den Fixiereinsätzen 24 ausführbar.
In den 1 bis 6 und 11 bis 14 und 16 ist eine Längsmittelachse eingezeichnet, die mit 23 bezeichnet ist.

Claims

Abgasbehandlungseinrichtung für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, – mit einem Gehäuse (2), – mit wenigstens einem im Gehäuse (2) angeordneten Abgasbehandlungseinsatz (3), der umfangsmäßig von Lagermaterial (4) umhüllt ist, – wobei zwischen dem Lagermaterial (4) und dem Gehäuse (2) wenigstens eine Reibstruktur (5) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Reibstruktur (5) durch wenigstens einen Reibeinsatz (7) gebildet oder an wenigstens einem Reibeinsatz (7) ausgebildet ist, wobei der jeweilige Reibeinsatz (7) ein bezüglich Lagermaterial (4), Abgasbehandlungseinsatz (3) und Gehäuse (2) separates Bauteil ist.
Abgasbehandlungseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens eines der folgenden Merkmale: – die wenigstens eine Reibstruktur (5) weist gegenüber dem Lagermaterial (4) einen Reibbeiwert auf, der etwa gleich groß ist wie oder größer ist als ein Reibbeiwert zwischen dem Lagermaterial (4) und dem wenigstens einen Abgasbehandlungseinsatz (3); – die wenigstens eine Reibstruktur (5) weist gegenüber dem Lagermaterial (4) einen Reibbeiwert von mindestens 0,4 oder mindestens 0,5 auf; – die wenigstens eine Reibstruktur (5) weist gegenüber dem Lagermaterial (4) einen Reibbeiwert auf, der größer ist als ein Reibbeiwert, der sich zwischen dem Lagermaterial (4) und dem Gehäuse (2) bei fehlender Reibstruktur (5) oder fehlenden Reibstrukturen (5) einstellt.
Abgasbehandlungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Reibstruktur (5) flächig und/oder linienförmig und/oder punktförmig ausgestaltet ist.
Abgasbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch wenigstens eines der folgenden Merkmale: – der jeweilige Reibeinsatz (7) weist gegenüber dem Lagermaterial (4) und/oder gegenüber dem Gehäuse (2) die Reibstruktur (5) auf; – der jeweilige Reibeinsatz (7) ist durch Rippenstreckmetall (15) gebildet.
Abgasbehandlungseinrichtung für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, – mit einem Gehäuse (2), – mit wenigstens einem im Gehäuse (2) angeordneten Abgasbehandlungseinsatz (3), der umfangsmäßig von Lagermaterial (4) umhüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Lagermaterial (4) und dem Gehäuse (2) wenigstens ein Fixiereinsatz (24) angeordnet ist, der am Gehäuse (2) befestigt ist, an dem das Lagermaterial (4) zumindest axial fixiert ist und der bezüglich Lagermaterial (4), Abgasbehandlungseinsatz (3) und Gehäuse (2) ein separates Bauteil ist.
Abgasbehandlungseinrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch wenigstens eines der folgenden Merkmale: – der jeweilige Fixiereinsatz (24) ist als Zuganker ausgestaltet; – der jeweilige Fixiereinsatz (24) hintergreift an einem abströmseitigen Ende das Lagermaterial (4); – der jeweilige Fixiereinsatz (24) weist eine in das Lagermaterial (4) eingreifende Zahnstruktur (26) oder Nagelstruktur auf; – der jeweilige Fixiereinsatz (24) weist einen U-Profil-Abschnitt (27) auf, an dessen Schenkeln die Zahnstruktur (26) ausgebildet ist.
Abgasbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch wenigstens eines der folgenden Merkmale: – der jeweilige Einsatz (7; 24) ist am Gehäuse (2) befestigt; – der jeweilige Einsatz (7; 24) ist in das Lagermaterial (4) fest eingebunden; – der jeweilige Einsatz (7; 24) besteht aus einem warmfesten und/oder zunderbeständigen Material; – mehrere Einsätze (7; 24) sind umfangsmäßig verteilt angeordnet; – ein einziger Einsatz (7; 24) umhüllt das Lagermaterial (4) umfangsmäßig; – der wenigstens eine Einsatz (7; 24) steht axial über den wenigstens einen Abgasbehandlungseinsatz (3) vor; – der wenigstens eine Einsatz (7; 24) ragt axial in einen Ringraum (9) zwischen einem Gehäusemantel (8) und einem Gehäusetrichter (10) hinein; – der wenigstens eine Einsatz (7; 24) ist durch eine Schweißverbindung (11) am Gehäuse (2) befestigt, die gleichzeitig den Gehäusetrichter (10) am Gehäusemantel (8) befestigt; – der jeweilige Einsatz (7; 24) ist mit einem Ringkörper (13) am Gehäuse (2) befestigt, wobei der Ringkörper (13) gegenüber dem wenigstens einen Abgasbehandlungseinsatz (3) axial versetzt im Gehäuse (2) angeordnet sein kann.
Abgasbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch wenigstens eines der folgenden Merkmale: – das Lagermaterial (4) ist eine quellende oder nicht quellende Lagermatte; – der wenigstens eine Abgasbehandlungseinsatz (3) ist ein Monolith; – der wenigstens eine Abgasbehandlungseinsatz (3) besteht aus Keramik; – der wenigstens eine Abgasbehandlungseinsatz (3) ist als Katalysatorelement oder als Partikelfilterelement ausgestaltet; – das Lagermaterial (4) ist mit wenigstens einer solchen zwischen Gehäuse (2) und Lagermaterial (4) angeordneten Reibstruktur (5) radial verpresst.
Verfahren zum Herstellen einer Abgasbehandlungseinrichtung für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem wenigstens ein Abgasbehandlungseinsatz (3) umfangsmäßig mit einem Lagermaterial (4) umhüllt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine mit dem Lagermaterial (4) umhüllte Abgasbehandlungseinsatz (3) zusammen mit wenigstens einem Einsatz (7; 24), der bezüglich Lagermaterial (4), Abgasbehandlungseinsatz (3) und Gehäuse (2) ein separates Bauteil ist, in das Gehäuse (2) eingebracht wird, derart, dass der wenigstens eine Einsatz (7; 24) anschließend radial zwischen dem Lagermaterial (4) und dem Gehäuse (2) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch wenigstens eines der folgenden Merkmale: – der jeweilige Einsatz ist ein Fixiereinsatz (24) oder ein Reibeinsatz (7); – der wenigstens eine Einsatz (7; 24) ist bereits beim Umhüllen des wenigstens einen Abgasbehandlungseinsatzes (3) in das Lagermaterial (4) eingebunden; – der mit dem Lagermaterial (4) umhüllte wenigstens eine Abgasbehandlungseinsatz (3) wird vor dem Einbringen in das Gehäuse (2) mit dem Einsatz (7; 24) umfangsmäßig umhüllt; – der wenigstens eine Einsatz (7; 24) ist zumindest für das Einbringen in das Gehäuse (2) am wenigstens einen Abgasbehandlungseinsatz (3) befestigt; – der wenigstens eine Einsatz (7; 24) wird nach dem Einbringen in das Gehäuse (2) an diesem befestigt; – der mit dem Lagermaterial (4) umhüllte wenigstens eine Abgasbehandlungseinsatz (3) wird zum Einbringen in das Gehäuse (2) an dem wenigstens einen Einsatz (7; 24) axial in das Gehäuse (2) hineingezogen.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch wenigstens eines der folgenden Merkmale: – vor dem Einbringen des wenigstens einen mit dem Lagermaterial (4) umhüllten Abgasbehandlungseinsatzes (3) in das Gehäuse (2) wird eine Montagehilfehülle (18) so angeordnet, dass diese sich beim Einbringen des wenigstens einen mit dem Lagermaterial (4) umhüllten Abgasbehandlungseinsatzes (3) in das Gehäuse (2) radial zwischen dem Lagerma terial (4) und der wenigstens einen Reibstruktur (5) oder radial zwischen dem wenigstens einen Einsatz (7; 24) und dem Gehäuse (2) befindet; – die Montagehilfehülle (18) ist so gewählt, dass sie sich spätestens im Betrieb der Abgasbehandlungseinrichtung (1) verflüchtigt.