DE102006002688A1

DE102006002688A1 - Abgasreinigungsvorrichtung sowie Verfahren zur Herstellung einer Abgasreinigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102006002688A1
Application number: DE102006002688A
Authority: DE
Inventors: Stefan Schmidt; Stefan MERSCHKÖTTER; Peter Kroner
Original assignee: ArvinMeritor Emissions Technologies GmbH
Current assignee: Faurecia Emissions Control Technologies Germany GmbH
Priority date: 2006-01-19
Filing date: 2006-01-19
Publication date: 2007-07-26
Also published as: WO2007082668A1; EP1979588A1; CN101405490A; US20100212275A1

Abstract

Eine Abgasreinigungsvorrichtung (10) mit einem Außengehäuse (16), einem darin angeordneten Einleger (12) und einem elastischen Ausgleichselement (14), das den Einleger (12) umgibt, zeichnet sich dadurch aus, daß zumindest vor der ersten Inbetriebnahme eine Klebeschicht (22) zwischen dem Einleger (12) und dem Ausgleichselement (14) und/oder zwischen dem Ausgleichselement (14) und dem Außengehäuse (16) vorgesehen ist. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung einer Abgasreinigungsvorrichtung beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung mit einem Außengehäuse, einem darin angeordneten Einleger und einem elastischen Ausgleichselement, das den Einleger umgibt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Abgasreinigungsvorrichtung, die ein Außengehäuse mit einem darin angeordneten Einleger und einem den Einleger umgebenden elastischen Ausgleichselement aufweist.

Abgasreinigungsvorrichtungen im Sinne der Erfindung sind insbesondere Katalysatoren, Partikelfilter oder Kombinationen aus beiden. Diese weisen für gewöhnlich einen Einleger in Form eines Keramiksubstrats auf, der als mechanischer Filter wirkt (Partikelfilter) oder mit einem katalytischen Material zur Abgasreinigung beschichtet ist. Der Einleger ist mit einem elastischen Ausgleichselement (üblicherweise als Lagermatte bezeichnet) umwickelt und wird durch radiale Klemmung im Außengehäuse gehalten. Zu diesem Zweck übt das elastische Ausgleichselement eine Haltekraft auf den Einleger aus, die groß genug sein muß, um im Fahrbetrieb eine axiale Verschiebung des Einlegers relativ zum Außengehäuse zu verhindern, die beispielsweise durch den Gasdruck sowie durch Vibrationen zustande kommen kann.

Nachteilig bei aus dem Stand der Technik bekannten Abgasreinigungsvorrichtungen ist, daß die notwendige auf den Einleger ausgeübte Haltekraft erst dann erreicht wird, wenn eine als sogenannte Quellmatte ausgebildete Lagermatte als Reaktion auf eine erhöhte Temperatur expandiert (oder „bläht"). Dazu muß die Quellmatte allerdings einmalig einer Temperatur von etwa 300 °C bis 350°C ausgesetzt sein. Bei einem Fahrzeug mit neuer Abgasreinigungsvorrichtung, insbesondere bei einem durch einen Dieselmotor angetriebenen Fahrzeug, dessen Abgasreinigungsvorrichtung im Unterbodenbereich angeordnet ist, werden jedoch bei normalem Fahrbetrieb im Stadtverkehr zunächst nur Temperaturen von etwa 200 °C erreicht. Daher ist es möglich, daß die Lagermatte über einen längeren Zeitraum in ihrem nicht expandierten Zustand verbleibt, etwa bis zur ersten Regeneration eines Partikelfilters, bei der dann erstmals die Expansionstemperatur der Matte erreicht wird. Bis zu diesem Zeitpunkt besteht also die Gefahr, daß sich der Einleger aufgrund der nicht ausreichenden Haltekraft axial im Gehäuse verschiebt. Um dem entgegenzuwirken, werden bekannte Lagermatten sehr dick ausgeführt, oder es erfolgt eine zusätzliche axiale und ggf. radiale Abstützung, z.B. durch Drahtgestrickringe. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, nichtquellende Lagermatten einzusetzen, mit denen eine ausreichende Haltekraft über einen größeren Spaltbereich erzielt wird. Diese sind jedoch deutlich teurer als Quellmatten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine Abgasreinigungsvorrichtung zu schaffen, bei der der Einleger von Anfang an (d.h. auch bevor eine hohe Temperatur in der Abgasanlage erreicht wurde) sicher gehalten ist und die sich durch einen geringen konstruktiven Aufwand sowie niedrige Herstellungskosten auszeichnet.

Erfindungsgemäß ist dazu bei einer Abgasreinigungsvorrichtung der eingangs genannten Art zumindest vor der ersten Inbetriebnahme eine Klebeschicht zwischen dem Einleger und dem Ausgleichselement und/oder zwischen dem Ausgleichselement und dem Außengehäuse vorgesehen. Durch die Klebeschicht wird eine Haftung zwischen dem Einleger und dem Ausgleichselement (bzw. zwischen dem Ausgleichselement und dem Außengehäuse) erreicht, und der Einleger wird bereits vor der Expansion des Ausgleichselements sicher in seiner Einbaulage gehalten. Auch im Fall einer nichtquellenden Lagermatte kann eine solche Klebeschicht sinnvoll sein, indem sie zur Erhöhung der Haltekraft bei höheren Temperaturen beiträgt, bei denen sich das Außengehäuse etwas aufweitet.

Vorteilhaft ist die Klebeschicht so ausgebildet, daß ihre Klebeeigenschaften bei höheren Temperaturen, insbesondere bei Temperaturen bis zu 350°C, erhalten bleiben. Wie bereits erwähnt, expandiert die Lagermatte bei einer Temperatur von etwa 300°C bis 350°C, woraufhin der Einleger durch die von der Matte ausgeübte Klemmkraft ausreichend sicher im Gehäuse gehalten wird. Bevor die Expansionstemperatur der Matte erreicht wird, verhindert die Klebeschicht ein Verschieben des Einlegers relativ zum Außengehäuse. Dabei kann die Klebeschicht so ausgebildet sein, daß sie bei höheren Temperaturen schmilzt oder verbrennt, wenn sie nicht länger zum Halten des Einlegers benötigt wird. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn die Klebeschicht aus einem Kleber gebildet ist, der bei einem Verdampfen oder Verbrennen keine giftigen Stoffe absondert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Klebeschicht durch ein doppelseitiges Klebeband gebildet, das sich durch eine besonders gute Verarbeitbarkeit, eine gleichmäßige Schichtdicke und eine geringe Abbindezeit auszeichnet. Außerdem ist bei einem Klebeband sichergestellt, daß der Klebstoff nicht in die Lagermatte bzw. das Ausgleichselement eindringt.

Das doppelseitige Klebeband kann ausschließlich aus Klebefilm bestehen, also gänzlich ohne eine Trägerschicht, etwa in Form einer Folie, ausgebildet sein.

Alternativ kann die Klebeschicht auch durch einen Flüssigkleber oder durch einen Sprühkleber gebildet sein. Wiederum ist darauf zu achten, daß das Klebemittel möglichst nicht in das Ausgleichselement eindringt.

Einen weiteren Vorteil bietet die Verwendung einer Klebeschicht aus einem thermisch aktivierbaren Kleber. Sie ermöglicht es nämlich, die Abgasreinigungsvorrichtung in einem sogenannten Stopfverfahren herzustellen, wobei die Klebeschicht auf den Einleger, das elastische Ausgleichselement und/oder das Außengehäuse aufgebracht und der Einleger mit umgebendem Ausgleichselement in das Außengehäuse gestopft wird. Erst nach dem Stopfen wird der Kleber aktiviert, insbesondere erst bei der ersten Inbetriebnahme des Fahrzeugs. In diesem Fall sollte allerdings die Aktivierungstemperatur des Klebers deutlich unterhalb der Temperaturen liegen, die beim ersten Start des Fahrzeugs erreicht werden.

Prinzipiell ist die Verwendung eines beliebigen Klebstoffes möglich, so kann die Klebeschicht beispielsweise durch einen Kleber auf Kautschukbasis oder durch einen Kleber auf Acrylatbasis gebildet sein.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Abgasreinigungsvorrichtung vorgesehen, das die folgenden Schritte umfaßt:
Der Einleger, das elastische Ausgleichselement und das Außengehäuse bzw. ein das Außengehäuse bildendes Metallblech werden bereitgestellt. Anschließend wird eine Außenseite des Einlegers und/oder eine Innenseite des Ausgleichselements und/oder eine Außenseite des Ausgleichselements und/oder eine Innenseite des Außengehäuses bzw. des Metallblechs mit einer Klebeschicht versehen. Schließlich werden der Einleger und das Ausgleichselement im Außengehäuse montiert. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine Abgasreinigungsvorrichtung geschaffen, bei der der Einleger zu jedem Zeitpunkt, also von der Herstellung an, sicher im Außengehäuse gehalten ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine vergrößerte Detailansicht aus 1;
3 eine Detailansicht ähnlich 2, jedoch von einer Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und
4 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Abgasreinigungsvorrichtung.
1 zeigt eine Abgasreinigungsvorrichtung 10 für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs. Bei der Abgasreinigungsvorrichtung 10 handelt es sich um einen Partikelfilter, einen Abgaskatalysator oder eine Kombination aus beiden.
Kernstück der Abgasreinigungsvorrichtung 10 ist ein Einleger 12, hier ein langgestrecktes, zylindrisches Substrat, das beispielsweise aus einem Keramiksubstrat, einer Art gewickelter Wellpappe oder einem anderen katalytischen Träger- oder Filtermaterial mit oder ohne Beschichtung besteht. Der Einleger 12 kann einen kreiszylindrischen oder einen unrunden Querschnitt aufweisen. Nur zur vereinfachten Darstellung ist ein kreiszylindrischer Querschnitt gezeigt.
Das Substrat ist von einer Lagermatte umgeben, die als elastisches Ausgleichselement 14 zwischen dem Einleger 12 und einem Außengehäuse 16 wirkt. Das Außengehäuse 16 ist insbesondere aus Blech und sehr dünnwandig ausgeführt. Stromaufwärts und stromabwärts sind ein Einlaßtrichter 18 und ein Auslaßtrichter 20 mit dem Außengehäuse 16 verbunden.
Zwischen dem Einleger 12 und dem Ausgleichselement 14 ist eine Klebeschicht 22 vorgesehen (siehe auch 2). Diese kann beispielsweise durch ein doppelseitiges Klebeband, einen Flüssigkleber oder einen Sprühkleber gebildet sein und verhindert ein Verschieben des Einlegers 12 relativ zum Ausgleichselement 14 (bzw. zum Außengehäuse 16).
Die 1 und 2 zeigen die Abgasreinigungsvorrichtung 10 im Zustand vor der ersten Inbetriebnahme. Im Fahrbetrieb strömt Abgas über den Einlaßtrichter 18 stirnseitig in den Einleger 12 ein und verläßt ihn mit weniger Schadstoffen versehen an der gegenüberliegenden Stirnseite, um über den Auslaßtrichter 20 die Abgasreinigungsvorrichtung 10 zu verlassen. Erreicht die Abgasreinigungsvorrichtung 10 im Betrieb des Fahrzeugs eine Temperatur von über 350°C, beispielsweise bei einer Regeneration des Partikelfilters, so wird die Klebeschicht 22 thermisch zerstört, etwa durch Schmelzen, Verdampfen oder Verbrennen. Da jedoch zu diesem Zeitpunkt das Ausgleichselement 14 bereits expandiert ist, ist weiterhin für eine zuverlässige Halterung des Einlegers 12 im Außengehäuse 16 gesorgt.
3 zeigt eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, die sich von derjenigen der 1 und 2 lediglich darin unterscheidet, daß zusätzlich zwischen dem Ausgleichselement 14 und dem Außengehäuse 16 eine weitere Klebeschicht 22 vorgesehen ist. Diese verhindert ein Rutschen des Ausgleichselements relativ zum Außengehäuse 16. Natürlich könnte auch nur zwischen dem Ausgleichselement 14 und dem Außengehäuse 16 eine Klebeschicht 22 vorgesehen sein.
Die Herstellung der Abgasreinigungsvorrichtung wird im folgenden anhand 4 kurz erläutert. Zunächst wird der Einleger 12 auf seiner Außenseite mit einer Klebeschicht 22 versehen (4a), bevor das Ausgleichselement 14 (die Lagermatte) um den Einleger 12 gewickelt wird (4b). Anschließend wird das Außengehäuse 16, das aus einem Metallblech beispielsweise durch Dorn- oder Walzenbiegen vorgefertigt wurde (4c), leicht gespreizt und der Einleger seitlich mitsamt dem Ausgleichselement 14 in das Außengehäuse 16 eingeschoben. Das Außengehäuse 16 wird geschlossen, indem die sich überlappenden Ränder des Außengehäuses übereinandergeschoben und miteinander verschweißt werden (4d).
Neben dem beschriebenen Wickelverfahren läßt sich auch jedes andere bekannte Verfahren zur Herstellung einer Abgasreinigungsvorrichtung entsprechend modifizieren. Beispielsweise kann die Montage des Einlegers und des Ausgleichselements im Außengehäuse durch sogenanntes Kalibrieren erfolgen, wobei mehrere radial bewegliche Druckbacken ein vorgefertigtes rohrförmiges Außengehäuse plastisch verformen. Daneben ist auch ein Kalibrieren mittels Rollen oder ein sogenanntes Drücken möglich. Ebenso kann das Außengehäuse aus zwei oder mehreren Schalen bestehen, die ineinandergeschoben und anschließend miteinander verschweißt, gefalzt oder gelötet werden. Auch ein Stopfen des Einlegers mitsamt dem Ausgleichselement in ein vorgefertigtes rohrförmiges Außengehäuse ist denkbar.

10: Abgasreinigungsvorrichtung
12: Einleger
14: Ausgleichselement
16: Außengehäuse
18: Einlaßtrichter
20: Auslaßtrichter
22: Klebeschicht

Claims

Abgasreinigungsvorrichtung mit einem Außengehäuse (16), einem darin angeordneten Einleger (12) und einem elastischen Ausgleichselement (14), das den Einleger (12) umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest vor der ersten Inbetriebnahme eine Klebeschicht (22) zwischen dem Einleger (12) und dem Ausgleichselement (14) und/oder zwischen dem Ausgleichselement (14) und dem Außengehäuse (16) vorgesehen ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebeschicht (22) so ausgebildet ist, daß ihre Klebeeigenschaften bei höheren Temperaturen, insbesondere bei Temperaturen bis zu 350 °C, erhalten bleiben.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebeschicht (22) durch ein doppelseitiges Klebeband gebildet ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das doppelseitige Klebeband ausschließlich aus Klebefilm besteht.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebeschicht (22) durch einen Flüssigkleber gebildet ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebeschicht (22) durch einen Sprühkleber gebildet ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebeschicht (22) durch einen thermisch aktivierbaren Kleber gebildet ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebeschicht (22) durch einen Kleber auf Kautschukbasis gebildet ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebeschicht (22) durch einen Kleber auf Acrylatbasis gebildet ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebeschicht (22) aus einem Kleber gebildet ist, der bei einem Verdampfen oder Verbrennen keine giftigen Stoffe absondert.
Verfahren zur Herstellung einer Abgasreinigungsvorrichtung (10), die ein Außengehäuse (16) mit einem darin angeordneten Einleger (12) und einem den Einleger (12) umgebenden elastischen Ausgleichselement (14) aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: – der Einleger (12), das elastische Ausgleichselement (14) und das Außengehäuse (16) bzw. ein das Außengehäuse (16) bildendes Metallblech werden bereitgestellt; – eine Außenseite des Einlegers (12) und/oder eine Innenseite des Ausgleichselements (14) und/oder eine Außenseite des Ausgleichselements (14) und/oder eine Innenseite des Außengehäuses (16) bzw. des Metallblechs wird mit einer Klebeschicht (22) versehen; und – der Einleger (12) und das Ausgleichselement (14) werden im Außengehäuse (16) montiert.