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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsvorrichtung umfassend
einen Abgasbehandlungskörper,
eine Lagerungsmatte mit welcher der Abgasbehandlungskörper umwickelt
ist und einen den Abgasbehandlungskörper und die Lagerungsmatte
umgebenden Metallmantel.
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Die
heute gängigen
Brennkraftmaschinen produzieren Abgase, die gereinigt werden müssen, damit
gesetzlich vorgegebene Standards an Umweltbelastung nicht überschritten
werden. Zur Abgasreinigung wird daher üblicherweise in der Abgasanlage einer
Brennkraftmaschine mindestens eine Abgasreinigungsvorrichtung angeordnet,
die das zu reinigende Abgas durchströmen muss. Derartige Abgasreinigungsvorrichtungen
umfassen zumindest einen Abgasbehandlungskörper, eine Ummantelung und
separate Lagerungsmittel.
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Aus
der
DE 44 46 986 A1 ist
bereits eine Abgasbehandlungsvorrichtung bekannt mit einem von einer
Lagerungsmatte umgebenen, in einer Ummantelung aus Blech als Gehäuse gehalterten,
Abgasbehandlungskörper
aus Keramik oder Metall. Die Ummantelung besteht dabei aus einem
oder zwei vor verformten Blechzuschnitten. Diese werden mittels eines
Formwerkzeugs gegen den von der Lagerungsmatte umgebenen Abgasbehandlungskörper gedrückt und
dadurch in die endgültige
Ummantelungsform gebracht. Der oder die Blechzuschnitte werden entlang
einer Längsnaht
bzw. zweier Längsnähte zu der
Ummantelung verschweißt.
Der Blechzuschnitt wird dem Umfang des Behandlungskörpers angeformt,
wobei Toleranzen sowohl in der Größe als auch in der Gestalt
ausgeglichen werden sollen.
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Der
Abgasbehandlungskörper
besteht in der Regel aus Keramik oder aus Metall mit einer Vielzahl von
Längskanälen. Auf
den Kanalwänden
ist eine katalysatorhaltige Beschichtung aufgebracht. An den Axialenden
der Ummantelung sind ein Zuströmtrichter
und ein Abströmtrichter
jeweils längs
einer Umfangsnaht angeschweißt.
Als Lagerungsmatte können
alle Lagerungselemente vorgesehen sein, wie sie in der Halterung
von Abgasbehandlungskörpern üblich sind,
insbesondere Lagerungsmatten aus temperaturbeständigen Fasern, so genannten
Quellmatten, die aufgrund eines Zusatzes zu einem faserigen Grundmaterial
bei Temperaturerhöhung
im Volumen zunehmen.
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Vielfach
werden an einen definierten Durchmesser des Abgasbehandlungskörpers angepasste vorgefertigte
Lagerungsmatten mit definierten Abmessungen eingesetzt. Da Abgasbehandlungskörper aus
Keramik vor dem Beschichten gebrannt werden, sind deren Abmessungen
durch die Schrumpfung beim Brennen toleranzbehaftet, so dass die
vorgefertigten Lagerungsmatten nicht in jedem Fall passgenau sein
können.
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Die
Länge der
Lagerungsmatte ist daher an einen minimal zulässigen Umfang des Abgasbehandlungskörpers angepasst,
um eine Überlappung der
Stoßkanten
der Lagerungsmatte oder eine Faltenbildung in der Lagerungsmatte
beim Umwickeln des Abgasbehandlungskörpers zu vermeiden. Beim Umwickeln
eines Abgasbehandlungskörpers,
welcher einen maximal zulässigen
Umfang aufweist, mit einer derart vorgefertigten Lagerungsmatte
tritt daher ein extrem großer
Spalt zwischen den Stosskanten der Matte entlang des Abgasbehandlungskörpers auf.
Bei einem durchgängigen
Spalt zwischen den Stosskanten entsteht ein interner Abgas-Bypass,
der die Wirkung der Abgasreinigungsvorrichtung beeinträchtigt,
die Lagerungsmatte beschädigt
sowie zur Überhitzung
der Ummantelung führen
kann.
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Um
einen Abgas-Bypass zu vermeiden, werden die Lagerungsmatten üblicherweise,
wie beispielsweise in
1 der
EP 1 326 012 A2 dargestellt, so
zugeschnitten, dass diese etwa mittig an einer Stoßkante eine
rechteckige Aussparung und an der anderen Stoßkante einen entsprechenden
auskragenden rechteckigen Vorsprung aufweisen, wobei die Aussparung
und der Vorsprung jeweils eine größere Tiefe als der maximale
Umfangsunterschied des Abgasbehandlungskörper aufweisen. Ein größerer Spalt
am Abgaseintritt, insbesondere bei Abgasbehandlungskörpern mit
maximal zulässigen
Umfang, kann damit jedoch nicht vermieden werden. Die in diesen
Spalt eindringenden Abgase können
weiterhin die Lagerungsmatte und die Ummantelung schädigen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, die schädigende Wirkung von Abgasen
in einer Abgasreinigungsvorrichtung mit einfachen Mitteln zu verringern.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird mit einer Abgasreinigungsvorrichtung
gemäß Anspruch
1 gelöst. Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen ausgeführt.
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Die
erfindungsgemäße Abgasbehandlungseinrichtung
umfasst einen Abgasbehandlungskörper, eine
Lagerungsmatte, mit welcher der Abgasbehandlungskörper umwickelt
ist und eine den Abgasbehandlungskörper und die Lagerungsmatte
umgebende Ummantelung. Die Lagerungsmatte weist eine erste Stoßkante auf,
welche als V-förmige
Auskragung mit zwei Auskragungs-Stoßkanten ausgebildet ist, wobei
die Auskragungs-Stoßkanten
einen Winkel α < 180° einschließen. Eine
zweite Stoßkante
der Lagerungsmatte ist als eine V-förmige Aussparung mit zwei Aussparungs-Stoßkanten
ausgebildet, wobei jeweils eine Auskragungs-Stoßkante
und eine Aussparungs-Stoßkante
in mindestens einem Punkt spaltlos aneinander anliegen.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass Aussparungs-Stoßkanten einen Winkel β mit β ≤ α einschließen.
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Dabei
können
vorzugsweise sowohl blähende
Lagerungsmatten mit Vermiculitanteil als auch nichtblähende Fasermatten
als Lagerungsmatten verwendet werden.
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Neben
Abgasbehandlungskörpern
mit kreisförmiger
Querschnittsgeometrie, können
auch Abgasbehandlungskörper
mit eckigen oder beliebigen Querschnittsgeometrien verwendet werden.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die V-förmige Auskragung
gerade oder konkav verlaufende Auskragungs-Stoßkanten auf, wobei im Fall
von konkav verlaufenden Auskragungs-Stoßkanten deren Sehnen einen
Winkel α < 180° einschließen und/oder
die V-förmige Aussparung
weist gerade oder konvex verlaufende Aussparungs-Stoßkanten
auf, wobei im Fall von konvex verlaufenden Aussparungs-Stoßkanten
deren Sehnen vorzugsweise einen Winkel β mit β ≤ α einschließen.
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Jeweils
eine konkav verlaufende Auskragungs-Stoßkante bildet dabei jeweils
eine konkave Begrenzung der Lagerungsmatte im Bereich der Auskragung,
d.h. die Lagerungsmatte ist in diesem Bereich nach innen gewölbt. Die
Wölbung
kann dabei vorzugsweise sowohl stufig oder dreieckig oder stufenlos,
insbesondere parabelförmig
ausgebildet sein.
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Jeweils
eine konvex verlaufende Aussparungs-Stoßkante bildet dabei jeweils
eine konvexe Begrenzung der Lagerungsmatte im Bereich Aussparung
d.h. die Lagerungsmatte ist in diesem Bereich nach außen gewölbt. Die
Wölbung
kann dabei vorzugsweise sowohl stufig oder dreieckig oder stufenlos,
insbesondere parabelförmig
ausgebildet sein.
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Als
Sehne wird im Sinne dieser Erfindung eine virtuelle Verbindungslinie
zwischen Anfangs- und
Endpunkt einer Aussparungs-Stoßkante
sowie eine virtuelle Verbindungslinie zwischen Anfangs- und Endpunkt
einer Auskragungs-Stoßkante
bezeichnet.
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Idealerweise
wird die Geometrie der Auskragungs-Stoßkante und die Geometrie der
Aussparungs-Stoßkante
derart aufeinander abgestimmt, dass diese in weiten Bereichen, jedoch
in mindestens zwei Punkten spaltlos aneinander anliegen.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung schließen die
Auskragungs-Stoßkanten
oder die Sehnen der Auskragungs-Stoßkanten einen Winkel α mit 90° < α < 175°, vorzugsweise
einen Winkel α mit
120° < α < 150° ein und
die Aussparungs-Stoßkanten
oder die Sehnen der Aussparungs-Stoßkanten schließen einen
Winkel β mit
einer Winkeldifferenz α – β in einem
Bereich von 0° ≤ α – β ≤ 20°, vorzugsweise
in einem Bereich von 2° ≤ α – β ≤ 5° ein.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist die V-förmige Auskragung
an ihrem spitz zulaufenden Ende abgestumpft.
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Die
Lagerungsmatten sind vorzugsweise leicht elastisch. Dadurch kann
die V-förmige
Auskragung in die V-förmige
Aussparung sehr einfach durch Aufspreizen oder Verengen der Aussparung
eingepasst werden.
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Die
Lagerungsmatten können
an einen toleranzbehafteten Umfang eines Abgasbehandlungskörpers angepasst
werden, wobei die Spalte zwischen den Stoßkanten durch geeignete Geometrien der
Kanten minimiert werden können.
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Die
Erfindung wird im Weiteren an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es
zeigt dazu:
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1:
Lagerungsmatte mit stufig konkaven Auskragungs-Stoßkanten
und parabelförmigen
Aussparungs-Stoßkanten
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1a:
Mattenstoß der
Lagerungsmatte mit stufig konkaven Auskragungs-Stoßkanten
und parabelförmigen
Aussparungs-Stoßkanten
bei kleinem Umfang des Abgasbehandlungskörpers
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1b:
Mattenstoß der
Lagerungsmatte mit stufig konkaven Auskragungs-Stoßkanten
und parabelförmigen
Aussparungs-Stoßkanten
bei großem Umfang
des Abgasbehandlungskörpers
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2:
Lagerungsmatte mit stufig konkaven Auskragungs-Stoßkanten
und stufig konkaven Aussparungs-Stoßkanten
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2a:
Mattenstoß der
Lagerungsmatte mit stufig konkaven Auskragungs-Stoßkanten
und stufig konkaven Aussparungs-Stoßkanten bei kleinem Umfang
des Abgasbehandlungskörpers
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2b:
Mattenstoß der
Lagerungsmatte mit stufig konkaven Auskragungs-Stoßkanten
und stufig konkaven Aussparungs-Stoßkanten bei großem Umfang
des Abgasbehandlungskörpers
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1 zeigt
eine schematisch und nicht maßstäblich dargestellte
Lagerungsmatte 1 im vorgefertigten Zuschnitt mit einer
Auskragung 2 mit stufig konkaven Auskragungs-Stoßkanten 6a, 6b und
einer abgestumfter Spitze sowie mit einer Aussparung 3 mit
parabelförmigen
Aussparungs-Stoßkanten 7a, 7b.
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Die
Aussparungs-Stoßkanten 7a, 7b werden bevorzugt
parabelförmig
ausgeführt,
d.h. mit zunehmender Tiefe wird die Wölbung geringer, wobei es vorteilhaft
ist, wenn die Aussparung 2 an ihrer Spitze spaltförmig wird
und wesentlich tiefer in die Lagerungsmatte 1 hineinführt, als
die Auskragung 2 herausragt. Gegebenenfalls kann die Lagerungsmatte 1 an
der Spitze der Aussparung 3 auch geschlitzt sein. Die Sehnen 5a, 5b der
Aussparungs-Stoßkanten 7a, 7b schließen den
Winkel β ein.
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Die
stufig konkaven Auskragungs-Stoßkanten 6a, 6b sind
in ihrem Verlauf annähernd
abgestimmt auf die Geometrie der Aussparungs-Stoßkanten 7a, 7b und
im einfachsten Ausführungsfall
dreieckförmig,
d.h. mit lediglich einer Stufe ausgeführt. Die Sehnen 4a, 4b der
Auskragungs-Stoßkanten schließen den
Winkel α ein,
wobei β < α ist.
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Die 1a zeigt
einen Mattenstoß der
Lagerungsmatte 1 mit stufig konkaven Auskragungs-Stoßkanten 6a, 6b und
parabelförmigen
Aussparungs-Stoßkanten 7a, 7b bei
einer Umwickelung eines Abgasbehandlungskörpers, vorzugsweise aus Keramik,
mit kleinem Umfang. Dabei wird die Aussparung 3 durch die
Auskragung 2 leicht auseinandergedrückt. Die Stoßkanten 6a, 6b, 7a, 7b liegen
in weiten Bereichen aneinander an und lassen nur noch einen geringen
Spalt frei.
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Die 1b zeigt
einen Mattenstoß der
Lagerungsmatte 1 mit stufig konkaven Auskragungs-Stoßkanten 6a, 6b und
parabelförmigen
Aussparungs-Stoßkanten 7a, 7b bei
einer Umwickelung eines Abgasbehandlungskörpers, vorzugsweise aus Keramik,
mit großem
Umfang. Dabei werden die Seiten der Aussparung 3 leicht
an die Auskragung 2 gedrückt. Die Stoßkanten 6a, 6b, 7a, 7b liegen
hier ebenfalls noch in weiten Bereichen aneinander an und lassen
nur noch einen geringen Spalt frei.
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2 zeigt
eine schematisch und nicht maßstäblich dargestellte
Lagerungsmatte 1 im vorgefertigten Zuschnitt mit einer
Auskragung 2 mit stufig konkaven Auskragungs-Stoßkanten 6a, 6b und
einer abgestumpfter Spitze sowie mit einer Aussparung 3 mit
stufig konkaven Aussparungs-Stoßkanten 7a, 7b.
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Die
Aussparungs-Stoßkanten 7a, 7b werden hier
ebenfalls annähernd
parabelförmig,
jedoch stufig, vorzugsweise in zwei Stufen ausgeführt. Dabei wird
mit zunehmender Tiefe die Steigung steiler, so dass die Aussparung 2 an
ihrer Spitze spaltförmig
ist. Die Sehnen 5a, 5b der Aussparungs-Stoßkanten 7a, 7b schließen den
Winkel β ein.
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Die
stufig konkaven Auskragungs-Stoßkanten 6a, 6b sind
in ihrem Verlauf annähernd
abgestimmt auf die Geometrie der Aussparungs-Stoßkanten 7a, 7b und
vorzugsweise dreieckförmig,
d.h. mit einer Stufe ausgeführt.
Die Sehnen 4a, 4b der Auskragungs-Stoßkanten
schließen
den Winkel α ein, wobei β < α ist.
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Die 2a zeigt
einen Mattenstoß der
Lagerungsmatte 1 mit stufig konkaven Auskragungs-Stoßkanten 6a, 6b und
stufig konkaven Aussparungs-Stoßkanten 7a, 7b bei
einer Umwickelung eines Abgasbehandlungskörpers mit kleinem Umfang. Dabei
wird die Aussparung 3 durch die Auskragung 2 leicht
auseinandergedrückt.
Die Stoßkanten 6a, 6b, 7a, 7b liegen
in weiten Bereichen aneinander an und lassen nur noch einen minimalen
Spalt frei.
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Die 2b zeigt
einen Mattenstoß der
Lagerungsmatte 1 mit stufig konkaven Auskragungs-Stoßkanten 6a, 6b und
stufig konkaven Aussparungs-Stoßkanten 7a, 7b bei
einer Umwickelung eines Abgasbehandlungskörpers mit großem Umfang. Dabei
werden die Seiten der Aussparung 3 an leicht an die Auskragung 2 gedrückt. Die
Stoßkanten 6a, 6b, 7a, 7b liegen
hier ebenfalls noch in weiten Bereichen aneinander an und lassen
nur noch einen minimalen Spalt frei.
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Die
dargestellten Beispiele zeigen lediglich zwei von vielfältigen Möglichkeiten
der geometrischen Gestaltung im Rahmen der Erfindung.
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Die
Erfindung, insbesondere mit den vor beschriebenen vorteilhaften
Ausbildungen der Lagerungsmatte, erlaubt einen Toleranzausgleich
des Umfangs eines Abgasbehandlungskörpers bei minimalen Spalt zwischen
den Stoßkanten
der Lagerungsmatte.
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- 1
- Lagerungsmatte
- 2
- Auskragung
- 3
- Aussparung
- 4a
- Sehne
- 4b
- Sehne
- 5a
- Sehne
- 5b
- Sehne
- 6a
- Auskragungs-Stoßkante
- 6b
- Auskragungs-Stoßkante
- 7a
- Aussparungs-Stoßkante
- 7b
- Aussparungs-Stoßkante