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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine Abgasreinigungskomponente,
das einen Innenraum einschließt.
Derartige Gehäuse
mit Abgasreinigungskomponenten finden insbesondere Einsatz bei der
Abgasbehandlung mobiler Verbrennungskraftmaschinen.
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Im
Hinblick auf die Integration von Abgasreinigungskomponenten in Abgasanlagen
wurde bereits eine Vielzahl von Fügeverfahren beschrieben. Dabei
lässt sich
erkennen, dass bei herkömmlichen Abgasreinigungskomponenten
die Gehäuse
nach Möglichkeit
relativ dickwandig ausgebildet sind, um eine Verschweißung des
Gehäuses
mit der Abgasleitung zu ermöglichen.
Darüber
hinaus sind Gehäuse bekannt,
die einen rechtwinklig abgewinkelten Gehäuseabschnitt nach Art eines
Kragens aufweisen, der zwischen zwei Abgasleitungsabschnitte positioniert
und mit diesen fügetechnisch
verbunden ist. Die bekannten Lösungsansätze haben
sich vielfach bewährt,
können
jedoch bei besonderen Anwendungsfällen nicht eingesetzt werden.
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Die
Integration bzw. die Befestigung des Gehäuses in eine Abgasleitung wird
insbesondere dann problematisch, wenn das Gehäuse relativ dünnwandig
ausgeführt
ist. Dies trifft beispielsweise für Gehäuse zu, die eine Gehäusedicke
von höchstens
1,5 mm oder sogar weniger als 0,8 mm aufweisen. Mit solch dünnwandigen
Gehäusen
lassen sich praktisch keine einfachen Schweißverbindungen herstellen, die
dauerhaft den aggressiven Umgebungsbedingungen in der Abgasanlage
eines Kraftfahrzeuges standhalten. Die dort auftretenden hohen thermischen und
dynamischen Belastungen würden
das kurzzeitige Versagen der einfachen Schweißverbindungen zwischen Gehäuse und
Abgasleitung zur Folge haben.
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Hiervon
ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug
auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu
lösen.
Insbesondere soll eine Fügeverbindung
für dünnwandige,
gewichtsreduzierte Gehäuse
bzw. Abgasreinigungskomponenten angegeben werden, mit denen eine
dauerhafte Schweißverbindung
hin zur Abgasleitung realisiert werden kann. Dabei soll insbesondere
das Einbauen von Abgasreinigungskomponenten in Abgasanlagen von
Kraftfahrzeugen auch unter Serienfertigungsbedingungen kostengünstig ermöglicht werden.
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Diese
Aufgaben werden gelöst
mit einem Gehäuse
gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
sind in den abhängig
formulierten Patentansprüchen
angegeben. Es sei darauf hingewiesen, dass die in den Patentansprüchen einzeln
angeführten
Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander
kombiniert werden können
und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die einzelnen
Merkmale aus den Patentansprüchen werden
in der Beschreibung näher
erläutert
und spezifiziert, so dass zusätzliche,
besonders bevorzugte, Ausführungsvarianten
angegeben sind.
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Das
erfindungsgemäße Gehäuse für eine Abgasreinigungskomponente,
das einen Innenraum einschließt,
ist im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Gehäuse außen wenigstens eine
Aufnahme gebildet ist. Die Tatsache, dass die Aufnahme mit dem Gehäuse selbst
gebildet ist heißt insbesondere,
dass die Aufnahme einstückig
mit dem Gehäuse
verbunden ist bzw. einen Teil des Gehäuses selbst darstellt (z.B.
auch aus dem gleichen Material). Dazu wurde die Form des beispielsweise rohrähnlichen
Gehäuses
so verändert,
dass die Aufnahme gebildet ist. Bevorzugt ist eine im Wesentlichen
außen
um das Gehäuse
umlaufende Auf nahme ausgebildet. Dabei kann die Aufnahme mittels
eines außen
umlaufenden Teils des Gehäuses
gebildet sein, es ist jedoch auch möglich, dass eine Mehrzahl von
Gehäuseabschnitten
(z.B. nach Art eines mehrfach geschlitzten Kragens) die Aufnahme
bildet.
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Besonders
bevorzugt ist die wenigstens eine Aufnahme nahe einer Stirnseite
des Gehäuses
vorgesehen. Auch wenn grundsätzlich
möglich
ist, an beiden Stirnseiten eine entsprechende, gegebenenfalls unterschiedlich
ausgeführte,
Aufnahme vorzusehen, so ist ein Gehäuse mit einer Aufnahme an nur einer
Seite bevorzugt.
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Darüber hinaus
ist die Ausführungsvariante bevorzugt,
bei der die wenigstens eine Aufnahme mit einem Teil des Gehäuses gebildet
ist, der zu einem anderen Bereich des Gehäuses parallel beabstandet ist.
Das heißt
mit anderen Worten insbesondere, dass der Teil des Gehäuses und
der Bereich des Gehäuses
im Wesentlichen koaxial zueinander ausgerichtet sind. Dies kann
beispielsweise durch Umformen bzw. Umbiegen eines Teils des Gehäuses nahe der
Stirnseite erfolgen. Dabei wird der Teil des Gehäuses so weit umgebogen, dass
dieser in etwa parallel zu dem die Abgasreinigungskomponente aufnehmenden
Bereich angeordnet ist.
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Im
Hinblick auf den bevorzugten Anwendungsbereich eines solchen Gehäuses wird
folgende Ausgestaltung des Gehäuses
als vorteilhaft erachtet: das Gehäuse hat eine Gehäusedicke
im Bereich von 0,4 bis 1,0 mm und die Aufnahme ist durch Umbiegen eines
Teils des Gehäuses
gebildet, wobei ein Biegeradius im Bereich von 3 bis 8 mm liegt
und die Aufnahme eine Länge
von mindestens 7 mm hat. Die Gehäusedicke
kann dabei insbesondere mit einer Gehäusedicke kleiner als 0,6 mm
ausgeführt
sein. Der Biegeradius liegt dann bevorzugt im Bereich von 5 mm. Über die
hier vorgeschlagene Länge
der Aufnahme von mindestens 7 mm ist eine stabile Anlage des Gehäuses an
den zu montierenden Abgasleitungsabschnitt während der Montage sichergestellt. Damit
kann nunmehr auch eine dauerhafte Fixie rung des Gehäuses an
den Abgasleitungsabschnitt ermöglicht
werden, was insbesondere daraus resultiert, dass der Teil des Gehäuses, der
nun verschweißt
werden soll, außerhalb
des Abgasleitungsabschnittes positioniert werden kann und damit
dieser Verbindungsbereich den aggressiven Medien im Inneren des
Abgassystems nicht mehr ausgesetzt ist.
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Deshalb
wird nunmehr auch eine Abgasanlage umfassend wenigstens einen ersten
Abgasleitungsabschnitt und ein erfindungsgemäß beschriebenes Gehäuse mit
einer Abgasreinigungskomponente vorgeschlagen, bei der der erste
Abgasleitungsabschnitt mit der Aufnahme in Eingriff ist und der
erste Abgasleitungsabschnitt und die Aufnahme miteinander stoffschlüssig verbunden
sind. Ganz besonders bevorzugt ist dabei die Ausgestaltung, dass der
erste Abgasleitungsabschnitt innerhalb der Aufnahme und außerhalb
des Innenraums des Gehäuses
positioniert ist, wobei in etwa ein das Gehäuse umschließende Eingriff
gebildet ist. Dabei erstreckt sich zumindest ein Teil des Abgasleitungsabschnittes in
die Aufnahme hinein, so dass dessen Ende von dem Gehäuse insbesondere
umfasst ist.
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Darüber hinaus
ist vorteilhaft, wenn wenigstens ein zweiter Abgasleitungsabschnitt
auf der, dem ersten Abgasleitungsabschnitt gegenüberliegenden, Seite der Aufnahme
positioniert und mit der Aufnahme stoffschlüssig verbunden ist. Damit erfolgt
eine Sandwich-artige Anordnung der Abgasleitungsschnitte mit dazwischen
liegendem Teil des Gehäuses.
Auf diese Weise wird insbesondere die Möglichkeit geschaffen, eine
ausreichende Materialstärke
im Bereich der stoffschlüssigen
Verbindung vorzusehen und gleichzeitig eine sehr Platz sparende
Anordnung zur fügetechnischen
Verbindung bereitzustellen.
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Darüber hinaus
ist die Abgasanlage dann gut zu verschweißen, wenn im Bereich der stoffschlüssigen Verbindung
mittels des wenigstens einen Abgasleitungsabschnitts und des die
Aufnahme bildenden Teils des Gehäuses
eine Materialstärke von
zumindest 2,5 mm vorgesehen ist. Besonders bevorzugt wird eine Materialstärke von
zumindest 3 mm bis 3,5 mm vorgeschlagen. Dabei kann im Hinblick
auf die miteinander zu verbindenden Teile von einer Gehäusedicke
im Bereich von 0,4 bis 0,6 mm und einer Leitungsdicke der Abgasleitungsabschnitte
im Bereich von 0,5 bis 2,0 mm ausgegangen werden, wobei dies selbstverständlich nicht
zwingend ist.
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Somit
wird insbesondere eine Abgasanlage angegeben, bei der die stoffschlüssige Verbindung mittels
einer durchgehenden Schweißnaht
realisiert ist. Die Schweißnaht
umschließt
dabei insbesondere den Umfang des Gehäuses, wobei diese ggf. auch überlappend
ausgeführt
sein kann.
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Die
Dauerhaltbarkeit dieser stoffschlüssigen Verbindung kann insbesondere
durch die entsprechende Anordnung der Halterung bzw. des Gehäuses verbessert
werden.
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Deshalb
wird auch ein Kraftfahrzeug umfassend eine Verbrennungskraftmaschine
und eine Abgasanlage der hier erfindungsgemäß beschriebenen Art vorgeschlagen,
bei dem ein Abgas von der Verbrennungskraftmaschine ausgehend in
einer Strömungsrichtung
durch die Abgasanlage strömen kann,
wobei das Gehäuse
die Aufnahme an einer Stirnseite hat und so positioniert ist, dass
die Stirnseite mit der Aufnahme die Eintrittsstirnseite für das Abgas
bildet. Das heißt
mit anderen Worten insbesondere, dass das Abgas zunächst auf
die Stirnseite bzw. Eintrittsstirnseite des Gehäuses bzw. der Abgasreinigungskomponente
auftrifft, an der die Aufnahme gebildet ist. Infolge der rückwärtigen Ausgestaltung
der Aufnahme ist eine geschützte
Position für
die Schweißverbindung
gegeben. Darüber
hinaus wird durch das Einströmen
des Abgases das Gehäuse
auf den ersten Abgasleitungsabschnitt gedrückt, so dass hier auch bei
besonders hohen Belastungen ein sicherer Verbund zwischen Abgasanlage
und Gehäuse
gewährleistet
ist.
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Schließlich wird
bei dieser Orientierung der Abgasanlage weiter vorgeschlagen, dass
das Gehäuse
im Bereich einer Austrittsstirnseite mit einer Distanz zu dem wenigstens
einen Abgasleitungsabschnitt gehalten ist, wobei in dieser Distanz
Fixierungsmittel vorgesehen sind. Diese Fixierungsmittel dienen
insbesondere zur Ausrichtung dieses Gehäusebereiches zur Abgasleitung,
wobei gegebenenfalls Relativbewegungen ermöglicht werden, um ein unterschiedliches
thermisches Ausdehnungsverhalten von Gehäuse und Abgasleitungsabschnitt
im Wesentlichen spannungsfrei zu ermöglichen. Zusätzlich können die
Fixiermittel, die beispielsweise nach Art eines Drahtgestricks oder
dergleichen ausgeführt sind,
weitere Funktionen erfüllen,
so dass diese gegebenenfalls Mittel zum Dichten und/oder zur katalytischen
Umsetzung des Abgases umfassen können.
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Das
Fügen des
Gehäuses
mit der Abgasanlage umfasst dabei insbesondere folgende Verfahrensschritte:
- a) Herstellen eines Gehäuses mit einer Abgasreinigungskomponente
im Innenraum und mindestens einer Aufnahme,
- b) Positionieren eines ersten Abgasleitungsabschnittes in der
Aufnahme des Gehäuses,
- c) Positionieren mindestens eines weiteren Abgasleitungsabschnittes
außerhalb
an der Aufnahme, und
- d) Schweißtechnisches
Fügen der
Abgasleitungsabschnitte mit der Aufnahme.
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Im
Hinblick auf Schritt a) kann die Herstellung einer Aufnahme mit
folgenden Fertigungsschritten erfolgen:
- – Umbördelung
des Endes des Gehäuses
mit einem fest stehenden, produktspezifischem Werkzeug
- – Umbördelung
des Endes des Gehäuses
mit einem fest stehenden Dorn oder in Stufen mit mehreren Dornen,
- – Umbördelung
des Endes des Gehäuses
mit einem flexiblen Werkzeug wie z.B. einer Rolle mit einer Rollier-
oder Drückumformung.
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Im
Hinblick auf Schritt d) kann das Schweißtechnische Fügen der
Abgasleitungsabschnitte mit der Aufnahme folgende Fertigungsschritte
umfassen: Positionieren der zu fügenden
Teile in adäquater
Anordnung und Schweißen
mit einem Lichtbogenschweißverfahren
mit oder auch ohne Zusatzwerkstoff.
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Im
ersten Schritt (zum Beispiel betreffend zunächst nur des ersten Abgasleitungsabschnittes
mit dem Gehäuse
wie in 1 veranschaulicht) kann auch ein Widerstandspunktschweißen oder
Rollnahtschweißen
vorteilhaft eingesetzt werden. Hierbei soll eine sehr geringe Wärmeeinbringung
zur Vermeidung von Wärmedehnungen
verwirklicht werden.
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Die
Fügung
des zweiten Abgasleitungsabschnitt (siehe auch 2)
erfolgt bevorzugt mit einem Schmelzschweißverfahren, wobei hier wahlweise
auch ein dritter Abgasleitungsabschnitt mit hinzu gezogen werden
kann. Bevorzugt ist hier, dass das relativ das dünne Gehäuse zwischen den relativ dickwandigen
ersten und dritten Abgasleitungsabschnitt angeordnet ist, und beim
Schweißen
lokal mit aufgeschmolzen wird.
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Die
Erfindung sowie das technische Umfeld der Erfindung werden nachfolgend
anhand der Figuren näher
erläutert.
Die Figuren zeigen auch besonders bevorzugte Ausführungsvarianten
der Erfindung, wobei die Erfindung darauf nicht beschränkt ist.
Es zeigen schematisch:
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1:
eine erste Ausführungsvariante
eines erfindungsgemäßen Gehäuses,
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2:
eine weitere Ausführungsvariante
des erfindungsgemäßen Gehäuses in
einer Abgasanlage, und
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3:
die Integration der Abgasanlage in ein Kraftfahrzeug.
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1 zeigt
schematisch und in einem Teilquerschnitt ein Gehäuse 1 mit einer Gehäusedicke 4 im
Bereich von 0,5 mm. Im Innenraum 3 des Gehäuses 1 ist
eine Abgasreinigungskomponente 2 angedeutet. Das Gehäuse 1 weist
nunmehr nahe einer Stirnseite 5 außen eine umlaufend ausgebildete
Aufnahme 4 auf. Diese Aufnahme 4 ist durch Umbiegen eines
Teils des Gehäuses 1 erzeugt
worden. Dabei wurde ein Biegeradius 7 im Bereich von 5
mm verwirklicht. Der rückwärtig umgebogene
Teil des Gehäuses 1,
der im Wesentlichen parallel zu dem Bereich des Gehäuses 1 ausgeführt ist,
welcher den Innenraum 3 bildet, hat eine Länge von
7 bis 10 mm.
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In
dieser Aufnahme 4 ist nunmehr ein erster Abgasleitungsabschnitt 10 angeordnet,
wobei dieser an dem äußeren Teil
des die Aufnahme 4 bildenden Gehäuses 1 zur Anlage
gebracht ist. In diesem Kontaktbereich, der bevorzugt umlaufend
um das Gehäuse 1 ausgebildet
ist, wird nunmehr die stoffschlüssige
Verbindung 12 vorgesehen. Für das Fügen mittels Schweißen ist
eine entsprechende Materialstärke 13 vorgesehen.
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Eine
weitere Ausführungsvariante
für eine solche
Abgasanlage 9 ist in der 2 veranschaulicht.
Dabei lässt
sich wiederum im Teilquerschnitt das Gehäuse 1 erkennen, welches
im Inneren eine Abgasreinigungskomponente 2 aufnimmt. Die
Abgasreinigungskomponente 2 ist zum Beispiel nach Art eines
Wabenkörpers
aus einer Mehrzahl von Metallfolien 23 aufgebaut, die für das Abgas
in einer Strö mungsrichtung 16 durchströmbare Kanäle 22 bilden.
Das Gehäuse 1 bzw.
die Abgasreinigungskomponente 2 hat nunmehr nach Orientierung
in der Abgasanlage 9 bezüglich der Strömungsrichtung 16 eine
definierte Eintrittsstirnseite 17 und eine Austrittsstirnseite 18.
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Nahe
der Eintrittsstirnseite 17 ist wiederum die Aufnahme 4 gebildet.
Auch bei dieser Ausführungsvariante
ist der erste Abgasleitungsabschnitt 10 im Eingriff mit
dieser Aufnahme 4. Darüber
hinaus sind weiter außen,
außerhalb
der Aufnahme 4, weitere Komponenten der Abgasleitung positioniert.
So ist zunächst
ein dritter Abgasleitungsabschnitt 21 (beispielsweise mit
einer Leitungsdicke von ca. 0,5 mm) außen an der Aufnahme 4 zur
Anlage gebracht. Dieser dritte Abgasleitungsabschnitt 21 kann
beispielsweise weitere Abgasreinigungskomponenten aufnehmen und/oder
ein gerichtetes Einströmen
des Abgases in die Abgasreinigungskomponente 2 ermöglichen.
Den äußeren Abschluss
bildet bei dieser Ausführungsvariante
nun ein zweiter Abgasleitungsabschnitt 11, so dass der
erste Abgasleitungsabschnitt 10 und der zweite Abgasleitungsabschnitt 11 nach
Art eines Sandwichs den dritten Abgasleitungsabschnitt 21 und
die Aufnahme 4 des Gehäuses 1 aufnehmen.
Nunmehr ist eine Materialstärke
im Bereich der stoffflüssigen
Verbindung 12 gegeben, die hier zum Beispiel oberhalb von
3 mm liegt und die eine dauerhafte Schweißverbindung gewährleisten. Dies
gilt insbesondere im Hinblick auf das hier eingesetzte, dünnwandige
bzw. gewichtsreduzierte Gehäuse
der Abgasreinigungskomponente. Die Schweißverbindung, die auch als so
genanntes „Rohr-Canning" bezeichnet wird,
ist gerade bei diesen dünnwandigen
Gehäusen
vorteilhaft.
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Zur
Veranschaulichung der Integration einer solchen Abgasanlage 9 in
einem Kraftfahrzeug 14 kann die 3 herangezogen
werden. Dargestellt ist ein Kraftfahrzeug 14 mit einer
Verbrennungskraftmaschine 15. Das in der Verbrennungskraftmaschine 15 erzeugte
Abgas strömt
in einer Strömungsrichtung 16 durch
die Abgasanlage 9 hindurch, wobei es diversen Abgasreinigungskomponenten
(wie Katalysatoren, Filter, Absorber und ähnlichen) zugeführt wird. Dargestellt
ist auch die Position einer stoffflüssigen Verbindung 12 hinsichtlich
eines ersten Abgasleitungsabschnittes 10 und eines zweiten
Abgasleitungsabschnittes 11, wobei in dieser stoffflüssigen Verbindung 12,
wie vorstehend erläutert,
gleichzeitig das Gehäuse 1 fixiert
ist.
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Abgasreinigungskomponente
- 3
- Innenraum
- 4
- Aufnahme
- 5
- Stirnseite
- 6
- Gehäusedicke
- 7
- Biegeradius
- 8
- Länge
- 9
- Abgasanlage
- 10
- erster
Abgasleitungsabschnitt
- 11
- zweiter
Abgasleitungsabschnitt
- 12
- Verbindung
- 13
- Materialstärke
- 14
- Kraftfahrzeug
- 15
- Verbrennungskraftmaschine
- 16
- Strömungsrichtung
- 17
- Eintrittsstirnseite
- 18
- Austrittsstirnseite
- 19
- Distanz
- 20
- Fixiermittel
- 21
- dritter
Abgasleitungsabschnitt
- 22
- Kanal
- 23
- Metallfolie