DE102008004435B4

DE102008004435B4 - Abgaskomponente und Herstellungsverfahren für diese

Info

Publication number: DE102008004435B4
Application number: DE102008004435.0A
Authority: DE
Inventors: Hans Sudmann; Claudia Weigel; Guido Schäffner; Dr Bergmann Dirk
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2008-01-15
Filing date: 2008-01-15
Publication date: 2017-04-06
Anticipated expiration: 2028-01-16
Also published as: US7918914B2; US20090178379A1; CN101487408A; DE102008004435A1; CN101487408B

Abstract

Abgaskomponente (1) zur Behandlung von Abgas mit einem Keramikkörper (2) zur Reinigung des Abgases und mit einer Blechmanschette (3) zur Aufnahme des Keramikkörpers (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Blechmanschette (3) aus einem einteiligen Grundköper (4), als Scharnier wirkende Stege (5) und einem in Längsrichtung geschlitzten Rohr (6) besteht, wobei das geschlitzte Rohr (6) den Keramikkörper (2) an dessen Mantelfläche umschließt und jedes Rohrsegment (8) des geschlitzten Rohrs (6) an einer ersten Stirnseite (9) über einen Steg (5) mit dem Grundkörper (4) einstückig verbunden ist, und mindestens eine Abgaskomponente (1) in ein Trägergehäuse (16) eingesetzt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgaskomponente nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein entsprechend angepasstes Herstellungsverfahren.
Üblicherweise besteht eine Abgaskomponente aus einer Blechmanschette innerhalb der eine Keramikfasermatte und ein Keramikkörper eingesetzt sind. Der Keramikkörper wird von Abgas durchströmt und dient zur Reduktion von Emissionen. Über die Keramikfasermatte wird der Keramikkörper sicher innerhalb der Blechmanschette gehalten. Herstellungsbedingt sind die Toleranzen des Keramikkörpers sehr groß. Zudem ist der Keramikkörper zwar druckfest, jedoch wenig zugfest.
Aus der DE 101 04 468 A1 ist eine Blechmanschette aus zwei Halbschalen bekannt, welche miteinander verschweißt oder umgefalzt werden. Kritisch ist die Haltbarkeit, da die Klemmkräfte fast ausschließlich senkrecht zur Teilungsebene des Blechmantels wirken. Eine andere Bauform ist beispielsweise aus der DE 10 2004 005 809 A1 bekannt, bei welcher der Keramikkörper in die einteilige Blechmanschette eingepresst wird. Bei dünnwandigen Keramikkörpern ist dies wegen der geringen Festigkeit kritisch. Die Lagerung eines Keramikkörpers über Biegefedern innerhalb der Blechmanschette ist beispielsweise aus der DE 100 45 502 A1 bekannt. Kritisch ist hierbei der bauliche Aufwand.
Bei diesen Beispielen sind die Keramikkörper fest in die Abgaskomponente eingebaut, welche wiederum direkt in die Abgasleitung eingeschweißt wird. Die Abgaskomponente kann daher nur sehr schwierig wieder ausgebaut werden.
Aus der EP 1 228 797 A1 ist ein Partikelfilter für Dieselmotoren bekannt, der ein Metallgehäuse mit einem darin angeordneten Filterkörper aus keramischem Schaum aufweist. Der Filterkörper ist aus einer Mehrzahl separater Elemente gebildet, die aus keramischem Schaum gemacht sind und eine im Wesentlichen flache und langgezogene Form aufweisen, wobei sie um eine longitudinale Achse des Gehäuses herum angeordnet sind.
Aus der DE 20 2004 007 920 U1 geht ein Auspuff-Filter für Kraftahrzeuge hervor, wobei am Ende eines Auspuffrohres eine Halterung angebracht wird, die den Auspuff-Filter sicher vor einer Öffnung am Ende des Auspuffrohres hält, um austretende Gase zu filtern. Die Halterung ist am Auspuffrohr mit einer Befestigungsschraube befestigt, und eine Wechselmöglichkeit für den Auspuff-Filter wird mit einer Verstellschraube, durch Schraubverschlüsse, Verstellvorrichtungen, metallische Schellen, ein Einstellgestänge, mit Klemmstücken, mit einem Drahtkäfig oder durch andere einfache Vorrichtung ermöglicht, indem ein Freiraum zum Auswechseln des Auspuff-Filters freigegeben wird. Mit den beschriebenen Haltevorrichtungen und durch Fixieren mit einem Sicherungsstift oder Schnappverschluss wird der Auspuff-Filter am hinteren Ende des Auspuffrohres gehalten. Der Durchmesser des Auspuffrohres und der zur Verfügung stehende Platz bestimmt die Anbauart der Halterung sowie die Größe des Auspuff-Filters.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Abgaskomponente mit einem Keramikkörper und mit einer Blechmanschette zu entwerfen, welche einfach herstellbar und leicht montierbar oder demontierbar ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Abgaskomponente mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und ein entsprechend angepasstes Herstellungsverfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 7. Die Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen dargestellt.
Nach der Erfindung besteht die Blechmanschette aus einem einteiligen Grundköper, als Scharnier wirkende Stege und einem in Längsrichtung geschlitzten Rohr. Das geschlitzte Rohr umschließt den Keramikkörper an dessen Mantelfläche, wobei jedes Rohrsegment des geschlitzten Rohrs an einer ersten Stirnseite über einen Steg mit dem Grundkörper einstückig verbunden ist. Bei der Herstellung der Abgaskomponente wird in einem ersten Schritt das geschlitzte Rohr an der zweiten Stirnseite, welche der ersten Stirnseite gegenüber liegt, aufgeweitet, indem an der zweiten Stirnseite jedes Rohrsegment um den jeweiligen als Scharnier wirkenden Steg radial nach außen verbracht wird. Danach wird in einem zweiten Schritt der mit Keramikfasermatte umwickelte Keramikkörper in das geschlitzte Rohr eingelegt. Auf Grund der Aufweitung ist das Einlegen des Keramikkörpers, auch mehrerer Keramikkörper, kraftneutral und daher problemlos möglich. In einem dritten Schritt wird dann das geschlitzte Rohr an der zweiten Stirnseite zusammengedrückt und in die Ausgangsform zurückgeführt, indem an der zweiten Stirnseite jedes Rohrsegment um den als Scharnier wirkenden Steg radial nach innen verbracht wird.
Danach wird in einem vierten Schritt die Abgaskomponente in ein Trägergehäuse eingesetzt. Über eine umlaufende Fase, welche an der zweiten Stirnseite des geschlitzten Rohrs ausgebildet ist, wird das Einsetzen erleichtert. Zusätzlich sind optional am Grundköper Montage-/Demontage-Öffnungen ausgebildet, in welche ein Montagewerkzeug eingreift. Die Montagekraft wird über den Grundkörper und nicht über den Keramikkörper ausgeübt. Der Keramikkörper selber bleibt während der Montage kräftefrei. Von Vorteil ist, dass eine ungewollte Beschädigung des Keramikkörpers während der Montage zweifelsfrei ausgeschlossen werden kann. In einem fünften Schritt wird dann die Abgaskomponente mit dem Trägergehäuse verschraubt. Über die Verschraubung und die Montage-/Demontage-Öffnungen ist eine leichte Demontage der Abgaskomponente gewährleistet.
In den Figuren sind die bevorzugten Ausführungsbeispiele dargestellt. Es zeigen:
1 eine Blechmanschette in einer ersten Ausführungsform,
2 die Blechmanschette in einer anderen Ansicht,
3 die Abgaskomponente in einer ersten Ausführungsform,
4 eine Blechmanschette in einer zweiten Ausführungsform,
5 die Blechmanschette mit Keramikkörpern,
6 ein Trägergehäuse und
7 einen Programm-Ablaufplan.
Die 1 und 2 werden gemeinsam beschrieben, welche eine Blechmanschette 3 in einer ersten Ausführungsform mit kreisrundem Querschnitt zeigt. Die 1 zeigt die Blechmanschette 3 mit Blick auf den Grundkörper 4, während die 2 die Blechmanschette 3 mit Blick auf die zweite Stirnseite 10 zeigt. Die Blechmanschette 3 setzt sich zusammen aus dem einteiligen Grundkörper 4, Stegen 5, beispielsweise Steg 5A in 1, und einem in axialer Richtung geschlitzten Rohr 6. Letzteres wiederum umfasst mehrere Rohrsegmente 8. In der 1 sind vier Rohrsegmente dargestellt. Jedes Rohrsegment 8 ist an einer ersten Stirnseite 9 über einen Steg mit dem Grundkörper 4 verbunden. Beispielsweise das Rohrsegment 8A über den Steg 5A. Das Rohrsegment 8, der dazugehörende Steg 5 und der einteilige Grundkörper 4 sind einstückig miteinander verbunden. Auf der zweiten Stirnseite 10 ist eine Fase 11 ausgebildet, welche das Einführen der komplettierten Abgaskomponente in ein Trägergehäuse erleichtert. Auf der Mantelfläche 7 der Rohrsegmente 8 sind Aussparungen 15 ausgestanzt. Über die Aussparungen 15 kann die Reibung zwischen dem Rohrsegment 8 und einer Keramikfasermatte (3) erhöht werden. Am Grundkörper 4 sind Befestigungsöffnungen 12 und Montage-/Demontage-Öffnungen 13 ausgebildet. Wie in den Figuren dargestellt, sind hierzu am Grundkörper 4 vier entsprechende Nasen 17 ausgeformt, in welche die Öffnungen eingebracht sind.
Beim Herstellungsverfahren der Abgaskomponente wird in einem ersten Schritt das geschlitzte Rohr 6 an der zweiten Stirnseite 10 aufgeweitet, indem an der zweiten Stirnseite 10 jedes Rohrsegment 8 um den jeweiligen als Scharnier wirkenden Steg 5 radial nach außen verbracht wird. Beispielsweise das Rohrsegment 8A um den Steg 5A (1). In der 2 ist dies durch entsprechende Pfeile gekennzeichnet. Danach wird in einem zweiten Schritt der mit der Keramikfasermatte umwickelte Keramikkörper in das geschlitzte Rohr 6 eingelegt. In einem dritten Schritt wird dann das geschlitzte Rohr 6 an der zweiten Stirnseite 10 wieder zusammengedrückt und in die Ausgangsform zurückgeführt, indem an der zweiten Stirnseite 10 jedes Rohrsegment 8 um den als Scharnier wirkenden Steg 5 radial nach innen verbracht wird. In diesem Zustand liegen die Rohrsegmente 8 plan an der Umfangsfläche des Keramikkörpers an, d. h. das geschlitzte Rohr 6 umschließt vollständig den Keramikkörper.
Die 3 zeigt die komplettierte Abgaskomponente 1 als Schnittbild. Innerhalb der Blechmanschette 3 sind die Keramikfasermatte 14 und der Keramikkörper 2 angeordnet. Selbstverständlich können, wie in der Figur dargestellt, innerhalb der Abgaskomponente 1 auch mehrere Keramikkörper 2 angeordnet sein. Über die Aussparungen 15 kann die Reibung zwischen der inneren Mantelfläche des geschlitzten Rohrs 6 und der Keramikfasermatte 14 erhöht werden. Ebenfalls deutlich sichtbar ist die an der zweiten Stirnseite 10 ausgebildete Fase 11, über welche die Abgaskomponente 1 leichter in ein Trägergehäuse eingesetzt werden kann. An der ersten Stirnseite 9 des geschlitzten Rohrs 6 sind die Stege 5 angeformt. Die Rohrsegmente 8 sind über die Stege 5 einstückig mit dem Grundkörper 4 verbunden. Beispielsweise das Rohrsegment 8A über den Steg 5A.
Die 4 zeigt die Blechmanschette 3 in einer zweiten Ausführungsform mit rechteckigem Querschnitt. Die Blechmanschette 3 umfasst den Grundkörper 4, das geschlitzten Rohr 6 und Stege 5. Die Rohrsegmente 8 des geschlitzten Rohrs 6 sind über den jeweiligen Steg einstückig mit dem Grundkörper 4 verbunden. Beispielsweise das Rohrsegment 8A über den Steg 5A. Am Grundkörper 4 ausgebildet sind die Befestigungsöffnungen 12 und die Montage-/Demontage-Öffnungen 13. Auch hier wird bei der Komplettierung der Abgaskomponente in einem ersten Schritt das geschlitzte Rohr 6 an der zweiten Stirnseite 10 aufgeweitet, indem an der zweiten Stirnseite 10 jedes Rohrsegment 8 um den als Scharnier wirkenden Steg 5 nach außen verbracht wird. In der Figur ist dies exemplarisch für das Rohrsegment 8A mit einem Pfeil gekennzeichnet. In einem zweiten Schritt wird dann der mit Keramikfasermatte umwickelte Keramikkörper in das geschlitzte Rohr 6 eingelegt. In einem dritten Schritt wird dann das geschlitzte Rohr 6 an der zweiten Stirnseite 10 wieder zusammengedrückt und in die Ausgangsform zurückgeführt, indem an der zweiten Stirnseite 10 jedes Rohrsegment 8 um den als Scharnier wirkenden Steg 5 nach innen verbracht wird. Siehe hierzu die 5, welche die Abgaskomponente 1 mit – in diesem Beispiel – mehreren eingesetzten Keramikkörpern 2 zeigt. Zur Erhöhung der Reibung zwischen dem Rohrsegment 8 und der Keramikfasermatte 14 sind Aussparungen 15 aus dem Rohrsegment 8 ausgestanzt. Auf der zweiten Stirnseite 10 ist auch bei dieser Ausführungsform die Fase 11 angeordnet.
Die 6 zeigt ein Trägergehäuse 16 zur Aufnahme mehrerer Abgaskomponenten 1. Im Trägergehäuse 16 sind erste Öffnungen 18 zur Aufnahme von Abgaskomponenten nach 3 ausgebildet. Zweite Öffnungen 19 im Trägergehäuse 16 sind für die Aufnahme einer Abgaskomponente nach 5 vorgesehen. Eingesetzt werden die Abgaskomponenten in das Trägergehäuse 16, indem ein Montagewerkzeug in die Montage-/Demontage-Öffnungen (5: 13) eingreift und die Abgaskomponente 1 von oben in das Trägergehäuse 16 eingeführt wird. Die Montagekraft wird auf den Grundkörper und die Blechmanschette ausgeübt und nicht auf den Keramikkörper. Damit wird ein unbeabsichtigter Bruch des Keramikkörpers zweifelsfrei ausgeschlossen. Das Trägergehäuse 16 übt eine radiale Haltekraft auf den Keramikkörper über die Blechmanschette und die Keramikfasermatte aus. Nachdem die Abgaskomponenten montiert sind, werden diese über die Befestigungsöffnungen mit dem Trägergehäuse 16 verschraubt. Bei einer defekten Abgaskomponente wird diese in umgekehrter Reihenfolge zur Montage ausgebaut.
Die 7 zeigt einen Programm-Ablaufplan zum Herstellen einer Abgaskomponente und Einbringen in ein Trägergehäuse. In einem ersten Schritt S1 wird das geschlitzte Rohr an der zweiten Stirnseite (1: 10) aufgeweitet, indem an der zweiten Stirnseite jedes Rohrsegment um den jeweiligen als Scharnier wirkenden Steg radial nach außen verbracht wird. In einem zweiten Schritt 52 wird dann der mit Keramikfasermatte umwickelte Keramikkörper bzw. werden die umwickelten Keramikkörper in das geschlitzte Rohr eingelegt. Anschließend wird in einem dritten Schritt das geschlitzte Rohr an der zweiten Stirnseite zusammengedrückt, indem an der zweiten Stirnseite jedes Rohrsegment um den als Scharnier wirkenden Steg radial nach innen verbracht wird. In einem vierten Schritt 34 wird die Abgaskomponente mittels eines Montagewerkzeugs, welches an den Montage-/Demontage-Öffnungen des Grundkörpers angreift, in das Trägergehäuse eingesetzt. Abschließend wird in einem fünfen Schritt S5 die Abgaskomponente mit dem Trägergehäuse verschraubt. Damit ist der Programmablauf für die Montage beendet. Bei der Demontage wird genau umgekehrt vorgegangen.
Zusammenfassend ergeben sich folgende Vorteile:

– der Keramikkörper erfährt weder bei der Montage noch bei der Demontage eine axial wirkende Kraft. Eine Beschädigung kann daher zweifelsfrei ausgeschlossen werden;
– die radiale Haltekraft ist sehr gleichmäßig auf der Mantelfläche des Keramikkörpers verteilt;
– die Herstellung ist einfach und damit günstig;
– innerhalb der Blechmanschette können mehrere Keramikkörper (seriell/parallel) angeordnet sein.

Bezugszeichenliste

1: Abgaskomponente
2: Keramikkörper
3: Blechmanschette
4: Grundkörper
5: Steg
5A: Steg
6: geschlitztes Rohr
7: Mantelfläche
8: Rohrsegment
8A: Rohrsegment
9: erste Stirnseite
10: zweite Stirnseite
11: Fase
12: Befestigungsöffnung
13: Montage-/Demontage-Öffnung
14: Keramikfasermatte
15: Aussparung
16: Trägergehäuse
17: Nase
18: erste Öffnung
19: zweite Öffnung

Claims

Abgaskomponente (1) zur Behandlung von Abgas mit einem Keramikkörper (2) zur Reinigung des Abgases und mit einer Blechmanschette (3) zur Aufnahme des Keramikkörpers (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Blechmanschette (3) aus einem einteiligen Grundköper (4), als Scharnier wirkende Stege (5) und einem in Längsrichtung geschlitzten Rohr (6) besteht, wobei das geschlitzte Rohr (6) den Keramikkörper (2) an dessen Mantelfläche umschließt und jedes Rohrsegment (8) des geschlitzten Rohrs (6) an einer ersten Stirnseite (9) über einen Steg (5) mit dem Grundkörper (4) einstückig verbunden ist, und mindestens eine Abgaskomponente (1) in ein Trägergehäuse (16) eingesetzt ist.
Abgaskomponente (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an einer zweiten Stirnseite (10) des geschlitzten Rohrs (6) eine umlaufende Fase (11) als Montagehilfe ausgebildet ist.
Abgaskomponente (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Grundköper (4) Befestigungsöffnungen (12) und Montage-/Demontage-Öffnungen (13) ausgebildet sind.
Abgaskomponente (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Keramikkörper (2) und dem geschlitzten Rohr (6) eine Keramikfasermatte (14) angeordnet ist.
Abgaskomponente (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Mantelfläche (7) eines jeden Rohrsegments (8) Aussparungen (15) zur Erhöhung der Reibung zwischen dem geschlitzten Rohr (6) und der Keramikfasermatte (14) ausgebildet sind.
Abgaskomponente (1) nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Keramikkörper (2) enthalten sind.
Verfahren zur Herstellung einer nach einem der Ansprüche 3 bis 6 ausgeführten Abgaskomponente (1), dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt das geschlitzte Rohr (6) an der zweiten Stirnseite (10) aufgeweitet wird, indem an der zweiten Stirnseite (10) jedes Rohrsegment (8) um den jeweiligen als Scharnier wirkenden Steg (5) radial nach außen verbracht wird, in einem zweiten Schritt der/die mit Keramikfasermatte (14) umwickelte/n Keramikkörper (2) in das geschlitzte Rohr (6) eingelegt wird/werden, in einem dritten Schritt das geschlitzte Rohr (6) an der zweiten Stirnseite (10) zusammengedrückt und in die Ausgangsform zurückgeführt wird, indem an der zweiten Stirnseite (10) jedes Rohrsegment (8) um den als Scharnier wirkenden Steg (5) radial nach innen verbracht wird, in einem vierten Schritt die Abgaskomponente (1) mittels eines Montagewerkzeugs, welches an den Montage-/Demontage-Öffnungen (13) des Grundkörpers (4) angreift, in das Trägergehäuse (16) eingesetzt wird und in einem fünften Schritt mit diesem verschraubt wird.