DE102006021074B4

DE102006021074B4 - Abgasreinigungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine sowie Verfahren zur Herstellung einer Abgasreinigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102006021074B4
Application number: DE200610021074
Authority: DE
Inventors: Otto Steinhauser; Hubert Magdziarz; Christoph Noller
Original assignee: Emcon Technologies Germany Augsburg GmbH
Current assignee: Faurecia Emissions Control Technologies Germany GmbH
Priority date: 2006-05-05
Filing date: 2006-05-05
Publication date: 2013-01-17
Anticipated expiration: 2026-05-06
Also published as: WO2007128527A1; DE102006021074A1

Abstract

Abgasreinigungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem Außengehäuse (12), wenigstens einem darin angeordneten abgasdurchströmten Substrat (18) und wenigstens einem Metallfaserring (22), der sowohl radial als auch stirnseitig am Substrat (18) anliegt und sich an einer ersten und einer zweiten Stützfläche (24, 26) des Außengehäuses (12) abstützt, wobei die zweite Stützfläche (26) des Außengehäuses (12) schräg zur Stirnfläche (19) des Substrates (18) verläuft und wobei der Metallfaserring (22) im Ausgangszustand vor der Montage an wenigstens einer axialen Stirnseite des Metallfaserrings (22) eine umlaufende Einbuchtung (34) in Form eines zentralen, konkaven Abschnitts aufweist und der Metallfaserring (22) in einem montierten Zustand der Abgasreinigungsvorrichtung (10) verformt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Abgasreinigungsvorrichtung. Abgasreinigungsvorrichtungen im Sinne der Erfindung sind insbesondere Katalysatoren, Partikelfilter oder Kombinationen aus beidem.
1 zeigt eine solche Abgasreinigungsvorrichtung 110 gemäß dem Stand der Technik. Diese weist ein Außengehäuse 112 auf, das durch einen zylindrischen Mantel 114 und einen mit diesem stirnseitig verbundenen Trichter 116 gebildet ist. Im Inneren des Außengehäuses 112 ist ein gegen radialen Druck empfindliches, abgasdurchströmtes Substrat 118 angeordnet, das mit einem elastischen Ausgleichselement 120 umwickelt und durch radiale Klemmung im Außengehäuse 112 gehalten ist. Zur zusätzlichen axialen und radialen Abstützung des Substrats 118 ist ein Metallfaserring 122 vorgesehen, der einen L-förmigen Querschnitt hat und radial in einem dem Trichter 116 zugewandten Endbereich am Mantel 114 anliegt. Eine axiale Abstützung des Metallfaserrings 122 erfolgt an einem flachen Randabschnitt 124 des Trichters 116, wobei der Randabschnitt 124 mit dem Mantel 114 einen rechten Winkel einschließt.
Ein Nachteil dieser bekannten Ausgestaltung besteht in der geringen Dauerhaltbarkeit des Trichters 116 und somit des Außengehäuse 112. Daher kommen zunehmend Außengehäuse mit einem in den Mantel eingeschobenen Trichter ohne flachen Randabschnitt zum Einsatz, die eine verbesserte Haltbarkeit aufweisen. Bei diesen Außengehäusen ist jedoch die Montage durch die Position des L-förmigen Metallfaserrings deutlich erschwert. Die Verwendung eines flachen Ringes scheidet ebenfalls aus, da dieser auf einem schräg verlaufenden Trichter keinen Halt findet.
Die DE 101 07 856 A1 zeigt einen im Querschnitt L-förmigen Metallfaserring mit einer komplexen Geometrie, welcher einen Bereich mit einer konvex gewölbten Kontaktfläche aufweist, der zum Ausgleich von Längentoleranzen des Abgasreinigungskörpers und des Gehäuses verformbar ausgebildet ist.
Demgegenüber schafft die Erfindung eine Abgasreinigungsvorrichtung bzw. ein Verfahren zu deren Herstellung, die sich sowohl durch eine verbesserte Dauerhaltbarkeit als auch durch eine einfache Montage auszeichnet.
Erfindungsgemäß weist dazu eine Abgasreinigungsvorrichtung die Merkmale von Anspruch 1 auf. Durch die Einbuchtung(en) sowie seine Verformbarkeit paßt sich dabei der Metallfaserring optimal insbesondere an die für die Haltbarkeit des Gehäuses wichtige, schräg verlaufende zweite Stützfläche an und sorgt so für eine sichere Abstützung des Substrats. Gleichzeitig wird ein Verrutschen des Rings verhindert. Aufgrund der Einbuchtung(en) und der Scher-Verformung weist der Metallfaserring zudem eine weiche Kraft-Verformungs-Kennlinie auf, durch die Toleranzen besser kompensiert werden.
Die Einbuchtung(en) sind an den axialen Stirnseiten des Metallfaserrings vorgesehen. Somit ist eine der Einbuchtungen einer Kante des Substrats zugewandt und kann diese im Zuge der Verformung bei der Montage umgreifen.
Die axialen Stirnseiten des Metallfaserrings haben einen zentralen, konkaven Abschnitt, wodurch sich eine besonders gleichmäßige Verformbarkeit ergibt.
Um eine fehlerhafte Ausrichtung des Metallfaserrings bei der Montage zu vermeiden, weist dieser vorteilhaft einen symmetrischen Querschnitt auf.
Die erste und die zweite Stützfläche des Außengehäuses schließen vorzugsweise einen stumpfen Winkel miteinander ein, wodurch eine hohe Haltbarkeit des Gehäuses im Abstützbereich des Metallfaserrings erzielt wird.
Wie bereits eingangs erwähnt, umfaßt das Außengehäuse vorzugsweise einen im wesentlichen zylindrischen Mantel und wenigstens einen mit diesem verbundenen, als separates Teil ausgebildeten Trichter, zeichnet sich also durch eine einfache Herstellung aus.
Insbesondere weist der Mantel einen sich erweiternden Randabschnitt auf, in den ein Randabschnitt des Trichters eingeschoben ist, was ebenfalls zur erhöhten Haltbarkeit der Abgasreinigungsvorrichtung beiträgt.
Sowohl die erste als auch die zweite Stützfläche des Außengehäuses können an einem dem Mantel zugewandten Endbereich des Trichters vorgesehen sein. Das Substrat stützt sich also über den Metallfaserring am Trichter ab.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat der Trichter einen Absatz mit einer radial nach außen verlaufenden Tasche, in der der Metallfaserring liegt. Auf diese Weise wird ein besonders geringer Montageaufwand erzielt, da der Ring in die Tasche eingesetzt und anschließend mit dem Trichter in den Mantel eingeschoben werden kann.
Der Trichter kann einen äußeren, radialen Ring aufweisen, an dem der Mantel befestigt ist, wobei der Ring zum freien Rand kegelig nach innen zuläuft. Diese Ausgestaltung erleichtert es, den Trichter an seinem freien Rand in den zylindrischen Mantel einzuschieben.
Insbesondere handelt es sich bei dem Metallfaserring um einen Drahtgestrickring, bei dem sich die elastisch nachgiebigen Eigenschaften individuell auf die jeweiligen Anforderungen abstimmen lassen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Abgasreinigungsvorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 11 vorgesehen, mit einem Außengehäuse, welches einen Mantel und einen Trichter aufweist, wenigstens einem im Außengehäuse angeordneten abgasdurchströmten Substrat und wenigstens einem Metallfaserring, der im Ausgangszustand vor der Montage an wenigstens einer Seite eine umlaufende Einbuchtung aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt die folgenden Schritte: Zunächst werden der Metallfaserring und das Substrat im Außengehäuse angeordnet, wobei der Metallfaserring in den Trichter eingesetzt und das Substrat im Mantel angeordnet wird. Anschließend wird der Metallfaserring deformiert, wobei eine Einbuchtung des Metallfaserrings eine axial nach außen gerichtete Kante des Substrats umgreift, und das Außengehäuse geschlossen. Zum Schließen des Gehäuses wird der Trichter in einen sich erweiternden Randabschnitt des Mantels eingeschoben. Dabei wird der Metallfaserring deformiert, wobei die Einbuchtung des Metallfaserrings die dem Trichter zugewandte Kante des Substrats umgreift, und schließlich werden der Mantel und der Trichter verbunden. Auf diese Weise läßt sich der Metallfaserring besonders einfach montieren. Alternativ kann auch der Metallfaserring auf das Substrat aufgesetzt und anschließend in das Außengehäuse eingeschoben werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch seine Einfachheit aus.
Vorzugsweise wird der Metallfaserring durch das Schließen des Außengehäuses deformiert, es ist also kein eigener Deformationsschritt nötig.
Alternativ kann die erfindungsgemäße Abgasreinigungsvorrichtung gefertigt werden, indem Substrat und Metallfaserring in das Gehäuse durch Stopfen eingebracht werden. Alternativ ist ein Wickelverfahren denkbar. Ferner kann das Außengehäuse einen zylindrischen Mantel aufweisen und geschlossen werden, indem ein Randbereich des Mantels unter Bildung eines Trichters verformt wird. Die Verformung kann durch sogenanntes Drücken, auch als Spinning bezeichnet, erfolgen. Alternativ weist das Außengehäuse einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 wenigstens zwei Schalen auf, wobei das Substrat und der Metallfaserring in eine erste Schale eingesetzt und anschließend beide Schalen miteinander verbunden werden, um das Außengehäuse zu schließen. Natürlich ist es auch möglich, daß lediglich ein Mantel des Außengehäuses durch Schalen gebildet wird, in die dann ein separater Trichter eingesetzt wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der beigefügten Zeichnung. In dieser zeigt:
1 einen Teillängsschnitt durch eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik;
2 einen Teillängsschnitt durch eine erfindungsgemäße Abgasreinigungsvorrichtung, in einem Zustand vor und nach der Montage;
3 einen Teillängsschnitt durch eine weitere erfindungsgemäße Abgasreinigungsvorrichtung, deren Außengehäuse durch Verformen eines Randabschnitts geschlossen wird; und
4 eine Seitenansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung, deren Außengehäuse aus mehreren Schalen besteht.
Die Abgasreinigungsvorrichtung 10 (2) weist ein Außengehäuse 12 auf, das einen im wesentlichen zylindrischen Mantel 14 sowie einen stirnseitig angeordneten, als separates Teil ausgebildeten Trichter 16 umfaßt. Der Mantel 14 hat einen sich erweiternden Randabschnitt 15, in den ein Randabschnitt des Trichters 16 eingeschoben ist. Dabei zeigt die linke Hälfte der Figur die Abgasreinigungsvorrichtung 10 im montierten Zustand, in der rechten Hälfte ist der Trichter 16 nochmals vor dem Einschieben in den Mantel 14 gezeigt.
Im Inneren des Außengehäuses 12 ist ein Substrat 18 angeordnet, das mit einem elastischen Ausgleichselement 20 umwickelt ist. Zur zusätzlichen radialen sowie axialen Abstützung liegt ein Metallfaserring 22 sowohl radial als auch stirnseitig am Substrat 18 an. Der Metallfaserring 22 stützt sich an einer ersten Stützfläche 24 sowie einer zweiten Stützfläche 26 ab, die die Innenflächen einer umlaufenden Tasche 30 bilden, die an einem Absatz 28 im radial äußeren Bereich des Trichters 16 radial nach außen verläuft. Wie zu erkennen ist, verläuft die zweite Stützfläche 26 schräg zu einer Stirnfläche 19 und die erste Stützfläche 24 unter einem spitzen Winkel zur zylindrischen Außenfläche des Substrats 18. Die erste Stützfläche 24 und die zweite Stützfläche 26 schließen einen stumpfen Winkel miteinander ein. Die Außenfläche der Tasche 30 bildet einen äußeren, radialen Ring 32, an dem der Mantel 14 befestigt ist, wobei der Ring zum freien Rand des Trichters 16 hin kegelig nach innen zuläuft. Dies erleichtert das Einschieben des Trichters 16 in den Randabschnitt 15 des Mantels 14.
Der Metallfaserring 22 ist als Drahtgestrickring ausgebildet und weist im Ausgangszustand vor der Montage an seinen axialen Stirnseiten zwei umlaufende Einbuchtungen 34 auf. Wie in 2 zu erkennen ist, haben die axialen Stirnseiten des Metallfaserrings 22 insbesondere einen zentralen, konkaven Abschnitt, und der Metallfaserring 22 hat einen symmetrischen Querschnitt.
Bei der Herstellung der Abgasreinigungsvorrichtung 10 wird der Metallfaserring 22 in die Tasche 30 des Trichters 16 eingesetzt (2 rechts). Das Substrat 18 wird zusammen mit dem Ausgleichselement 20 im Mantel 14 angeordnet. Anschließend wird der Trichter 16 im Bereich des Rings 32 in den sich erweiternden Randabschnitt 15 des Mantels 14 eingeschoben. Dabei gelangt die dem Substrat 18 zugewandte Stirnseite des Metallfaserrings 22 mit der Einbuchtung 34 in Anlage an die dem Trichter 16 zugewandte Kante des Substrats 18. Beim weiteren Einschieben des Trichters 16 wird der Metallfaserring 22 deformiert (2 links), wobei die Einbuchtung 34 die Kante des Substrats 18 umgreift. Schließlich wird der Randabschnitt 15 des Mantels 14 mit dem äußeren radialen Ring 32 des Trichters 16 verbunden, z. B. verschweißt.
3 veranschaulicht ein alternatives Herstellungsverfahren einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung 10, wobei gleiche oder funktionsgleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen tragen und im folgenden nur auf die Unterschiede zum bisher beschriebenen Verfahren eingegangen wird. Das Außengehäuse 12 weist auch bei dieser Variante einen zylindrischen Mantel 14 auf, in dem das Substrat 18 mit dem elastischen Ausgleichselement 20 angeordnet wird. Außerdem wird der Metallfaserring 22 in den Mantel 14 eingesetzt. Anschließend wird ein Randbereich 36 des Mantels 14 mittels zweier relativ zum Mantel 14 drehbarer Werkzeuge 38 (nur vereinfacht dargestellt) zu einem Trichter 16 verformt, wodurch der Metallfaserring 22 ebenfalls deformiert wird.
4 zeigt eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung. Das Außengehäuse 12 besteht hier aus zwei Schalen 40, 42, und das Substrat 18 samt Ausgleichselement 20 wird mit dem Metallfaserring 22 in eine erste Schale 40 eingesetzt. Anschließend wird die zweite Schale 42 aufgesetzt, und beide Schalen 40, 42 werden miteinander verbunden, um das Außengehäuse 12 zu schließen.
Schließlich könnten Metallfaserring 22 und Substrat 18 in ein vorgefertigtes Gehäuse samt Trichter, wie es in den 1 und 3 gezeigt ist, gestopft werden. Auch hierbei würde der Metallfaserring 22, der auf der der Einführöffnung abgewandten Seite des Substrats angeordnet ist, deformiert werden. Anschließend könnte die Einführöffnung, wie bereits beschrieben, durch einen separaten Trichter oder einen Spinning-Prozeß geschlossen werden.
Bezugszeichenliste

10: Abgasreinigungsvorrichtung
12: Außengehäuse
14: Mantel
15: Randabschnitt des Mantels
16: Trichter
18: Substrat
19: Stirnfläche des Substrats
20: elastisches Ausgleichselement
22: Metallfaserring
24: erste Stützfläche
26: zweite Stützfläche
28: Absatz
30: Tasche
32: Ring
34: Einbuchtungen
36: Randbereich des Mantels
38: Werkzeuge
40: erste Schale
42: zweite Schale
110: Abgasreinigungsvorrichtung
112: Außengehäuse
114: Mantel
116: Trichter
118: Substrat
120: Ausgleichselement
122: Metallfaserring
124: Randabschnitt

Claims

Abgasreinigungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem Außengehäuse (12), wenigstens einem darin angeordneten abgasdurchströmten Substrat (18) und wenigstens einem Metallfaserring (22), der sowohl radial als auch stirnseitig am Substrat (18) anliegt und sich an einer ersten und einer zweiten Stützfläche (24, 26) des Außengehäuses (12) abstützt, wobei die zweite Stützfläche (26) des Außengehäuses (12) schräg zur Stirnfläche (19) des Substrates (18) verläuft und wobei der Metallfaserring (22) im Ausgangszustand vor der Montage an wenigstens einer axialen Stirnseite des Metallfaserrings (22) eine umlaufende Einbuchtung (34) in Form eines zentralen, konkaven Abschnitts aufweist und der Metallfaserring (22) in einem montierten Zustand der Abgasreinigungsvorrichtung (10) verformt ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallfaserring (22) einen symmetrischen Querschnitt aufweist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Stützfläche (24, 26) des Außengehäuses (12) einen stumpfen Winkel miteinander einschließen.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengehäuse (12) einen im wesentlichen zylindrischen Mantel (14) und wenigstens einen mit diesem verbundenen, als separates Teil ausgebildeten Trichter (16) umfasst.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (14) einen sich erweiternden Randabschnitt (15) aufweist, in den ein Randabschnitt des Trichters (16) eingeschoben ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die erste als auch die zweite Stützfläche (24, 26) des Außengehäuses (12) an einem dem Mantel (14) zugewandten Endbereich des Trichters (16) vorgesehen sind.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Trichter (16) einen Absatz (28) mit einer radial nach außen verlaufenden Tasche (30) hat, in der der Metallfaserring (22) liegt.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Trichter (16) einen äußeren, radialen Ring (32) aufweist, an dem der Mantel (14) befestigt ist, wobei der Ring (32) zum freien Rand kegelig nach innen zuläuft.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Metallfaserring (22) um einen Drahtgestrickring handelt.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an zwei gegenüberliegenden Seiten je eine Einbuchtung (34) vorgesehen ist und wobei sich die Einbuchtungen (34) im wesentlichen gegenüberliegen.
Verfahren zur Herstellung einer Abgasreinigungsvorrichtung (10) mit einem Außengehäuse (12), welches einen Mantel (14) und einen Trichter (16) aufweist, wenigstens einem im Außengehäuse (12) angeordneten abgasdurchströmten Substrat (18) und wenigstens einem Metallfaserring (22), der im Ausgangszustand vor der Montage an einer Seite eine umlaufende Einbuchtung (34) aufweist, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Anordnen des Metallfaserrings (22) und des Substrats (18) im Außengehäuse (12), wobei der Metallfaserring (22) in den Trichter (16) eingesetzt und das Substrat (18) im Mantel (14) angeordnet wird, – Deformieren des Metallfaserrings (22), wobei eine Einbuchtung (34) des Metallfaserrings (22) eine axial nach außen gerichtete Kante des Substrats (18) umgreift, und – Schließen des Außengehäuses (12), wobei der Trichter (16) in einen sich erweiternden Randabschnitt (15) des Mantels (16) eingeschoben und mit dem Mantel (14) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallfaserring (22) durch das Schließen des Außengehäuses (12) deformiert wird.