DE102009018823A1

DE102009018823A1 - Gehäuse für eine Abgasbehandlungseinrichtung und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102009018823A1
Application number: DE102009018823A
Authority: DE
Inventors: Bernd Müller; Oliver Poth; Achim Blum
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Priority date: 2009-04-24
Filing date: 2009-04-24
Publication date: 2010-11-04
Also published as: EP2246536A1; US20100269495A1; US8790582B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse (1) für eine Abgasbehandlungseinrichtung (1) einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, mit einem in Umfangsrichtung geschlossenen Mantel (6) zur Aufnahme wenigstens eines Abgasbehandlungselements (5), der an wenigstens einem axialen Ende in einen in Umfangsrichtung geschlossenen Ringkörper (8, 9) übergeht, mit dem das Gehäuse (2) an eine andere Komponente der Abgasanlage anschließbar ist. Eine vereinfachte Herstellung ergibt sich, wenn der Mantel (6) und der wenigstens eine Ringkörper (8, 9) aus einer einzigen Blechplatine (10) durch Rollieren der Blechplatine (10) in Umfangsrichtung und durch Verbinden von Stoßkanten (11) der Blechplatine (10) hergestellt sind, wobei sich der Mantel (6) und der wenigstens eine Ringkörper (8, 9) durch verschiedene Materialien und/oder verschiedene Wandstärken (12, 13, 14) voneinander unterscheiden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine Abgasbehandlungseinrichtung einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Gehäuses.
Gehäuse von Abgasbehandlungseinrichtungen, wie z. Bsp. Katalysatoren und Partikelfilter, weisen in der Regel einen in Umfangsrichtung geschlossenen Mantel zur Aufnahme wenigstens eines Abgasbehandlungselements auf. Dieser Mantel kann an wenigstens einem axialen Ende in einen in Umfangsrichtung geschlossenen, bspw. trichterförmigen, Ringkörper übergehen, mit dem das Gehäuse an eine andere Komponente der Abgasanlage anschließbar ist. Ferner ist es üblich, den Mantel durch Rollieren aus einer Blechplatine herzustellen, während der jeweilige Ringkörper vorzugsweise durch Tiefziehen hergestellt wird. Der gerollte und an seinen Stoßkanten verschweißte Mantel wird danach axial mit dem Ringkörper verbunden, und zwar bevorzugt mittels einer Schweißnaht. Diese herkömmliche Vorgehensweise zum Herstellen eines derartigen Gehäuses ist mit einem vergleichsweise großen Aufwand verbunden.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Gehäuse der eingangs genannten Art bzw. für ein zugehöriges Herstellungsverfahren eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass das Gehäuse vergleichsweise preiswert herstellbar ist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den Mantel und zumindest einen Ringkörper durch Verwenden eines so genannten Tailored Blanks durch Rollieren herzustellen. Ein derartiges Tailored Blank ist eine Blechplatine, die sich dadurch charakterisiert, dass sie zumindest zwei Bereiche unterschiedlicher Materialien und/oder unterschiedlicher Wandstärken aufweist. Beim Rollieren des Tailored Blanks können somit Mantel und Ringkörper des Gehäuses gleichzeitig geformt werden, wobei Mantel und Ringkörper aus verschiedenen Materialien und/oder mit unterschiedlichen Wandstärken realisiert werden können. Diese Vorgehensweise nutzt die Erkenntnis, dass bspw. der Mantel nur vergleichsweise geringen Belastungen ausgesetzt ist, während der wenigstens eine Ringkörper sehr viel höheren mechanischen Belastungen ausgesetzt ist. Durch Reduzieren der Wandstärke des Mantels gegenüber der Wandstärke des Ringkörpers lassen sich hier signifikante Einsparungen hinsichtlich Material, Gewicht und Kosten realisieren. Ferner lassen sich besonders einfach am Gehäuse ferritische und austenitische Abschnitte realisieren, was sich insbesondere auf die Lebensdauer des Gehäuses vorteilhaft auswirkt. Beispielsweise kann der Mantel aus einem austenitischen Abschnitt der Blechplatine hergestellt werden, während der Ringkörper aus einem ferritischen Abschnitt der Blechplatine hergestellt wird, oder umgekehrt. Die Verwendung eines Rollierverfahrens zum Herstellen des Gehäuses ermöglicht dabei eine besonders einfache Adaption an unterschiedliche Rollierparameter einerseits zum Rollen des Mantels und andererseits zum Rollen des jeweiligen Ringkörpers. Somit kann das jeweilige Gehäuse besonders preiswert realisiert werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann der jeweilige Ringkörper als Trichter ausgestaltet sein. Hierdurch können ein Einlauftrichter und/oder ein Auslauftrichter des Gehäuses integral am Mantel ausgeformt sein und dennoch unterschiedliche Materialeigenschaften bzw. Festigkeitswerte aufweisen. Hierdurch kann eine Adaption an die unterschiedlichen Funktionen von Mantel und Ringkörper bzw. Trichter optimiert werden. Gleichzeitig wird durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise eine vergleichsweise preiswerte Herstellbarkeit erreicht.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
1 bis 3 jeweils einen stark vereinfachten Längsschnitt durch einen Teil einer Abgasbehandlungseinrichtung, bei unterschiedlichen Ausführungsformen,
4 eine Draufsicht auf eine Blechplatine in einem Ausgangszustand,
5 bis 8 Seitenansichten der Blechplatine entsprechend einer Blickrichtung V in 4, bei unterschiedlichen Phasen eines Herstellungsprozesses.
Entsprechend den 1 bis 3 umfasst eine Abgasbehandlungseinrichtung 1 ein Gehäuse 2, das in Umfangsrichtung geschlossen ist. Diese Umfangsrichtung bezieht sich dabei auf eine Längs- oder Axialrichtung 3, die sich parallel zu einer Längsmittelachse 4 des Gehäuses 2 erstreckt. Bei der Abgasbehandlungseinrichtung 1 kann es sich bspw. um einen Katalysator oder um ein Partikelfilter handeln. Dementsprechend ist im Gehäuse 2 zumindest ein Abgasbehandlungselement 5 angeordnet, bei dem es sich bspw. um ein Katalysatorelement oder um ein Partikelfilterelement handeln kann. Die Abgasbehandlungseinrichtung 1 ist dabei für eine Verwendung in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine vorgesehen, wobei sich die Brennkraftmaschine bevorzugt in einem Kraftfahrzeug befinden kann.
Das Gehäuse 2 umfasst einen Mantel 6, der in Umfangsrichtung geschlossen ist und der zur Aufnahme des wenigstens einen Abgasbehandlungselements 5 gestaltet ist. Hierzu umschließt der Mantel 6 das jeweilige Abgasbehandlungselement 5 koaxial. Das jeweilige Abgasbehandlungselement 5 kann im Mantel 6 mittels wenigstens einer Lagermatte 7 lagepositioniert sein. Das Gehäuse 2 umfasst ferner zumindest einen Ringkörper 8, 9. Bei den gezeigten Beispielen sind jeweils zwei derartige Ringkörper 8, 9 vorgesehen. Der jeweilige Ringkörper 8, 9 ist in Umfangsrichtung geschlossen und dient dazu, das Gehäuse 2 an eine andere Komponente der Abgasanlage anschließen zu können. Der Mantel 6 geht an seinen axialen Enden jeweils in einen dieser Ringkörper 8, 9 über.
Der Mantel 6 und die Ringkörper 8, 9 sind durch Rollieren aus einer einzigen, in 4 gezeigten Blechplatine 10 hergestellt, wobei Stoßkanten 11 der Blechplatine 10 beim fertigen Gehäuse 2 miteinander verbunden sind. Der Mantel 6 und wenigstens einer der Ringkörper 8, 9 unterscheiden sich voneinander durch verschiedene Materialien oder durch verschiedene Wandstärken oder durch verschiedene Materialien und verschiedene Wandstärken.
In den Beispielen der 1 bis 3 ist eine Wandstärke 12 des Mantels 6 deutlich kleiner als eine Wandstärke 13 des links dargestellten Ringkörpers 8 und kleiner als eine Wandstärke 14 des rechts dargestellten Ringkörpers 9. In den Beispielen der 1 und 3 sind die Wandstärken 13, 14 der beiden Ringkörper 8, 9 gleich groß. Im Unterschied dazu ist bei der in 2 gezeigten Ausführungsform die Wandstärke 13 des links gezeigten Ringkörpers 8 kleiner als die Wandstärke 14 des rechts gezeigten Ringkörpers 9. Zusätzlich können der Mantel 6 und der jeweilige Ringkörper 8, 9 auch aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein. Beispielsweise kann der Mantel 6 aus einem austenitischen Stahlblech hergestellt sein, während die Ringkörper 8, 9 aus einem ferritischen Stahlblech hergestellt sind.
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform sind beide Ringkörper 8, 9 jeweils als Trichter ausgestaltet. Der eine Ringkörper 8 oder 9 bildet dann einen Einlauftrichter, während der andere Trichter 9, 8 dann einen Auslauftrichter bildet. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher der eine Ringkörper 8 als zylindrische Hülse ausgestaltet ist, während der andere Ringkörper 9 als Trichter ausgestaltet ist. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der beide Ringkörper 8, 9 jeweils als zylindrische Hülsen ausgestaltet sind.
Im Folgenden wird anhand der 4 bis 8 ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen des Gehäuses 6 näher erläutert.
4 zeigt eine Draufsicht auf eine Blechplatine 10, mit deren Hilfe das Gehäuse 2 hergestellt werden soll. Erkennbar besitzt die Blechplatine 10 einen Mantelbereich 6', der zur Bildung des Mantels 6 vorgesehen ist, sowie zumindest einen Ringkörperbereich 8', 9'; der zur Bildung des jeweiligen Ringkörpers 8, 9 vorgesehen ist. Die Blechplatine 10 ist ein so genanntes Tailored Blank und zeichnet sich dadurch aus, dass die genannten Bereiche 6', 8', 9' unterschiedlich ausgestaltet sein können. Sie unterscheiden sich bspw. durch ihre Wandstärken und/oder durch ihre Materialien. Im Beispiel besitzt die Blechplatine 10 im Mantelbereich 6' eine geringere Wandstärke als in den Ringkörperbereichen 8', 9'. Grundsätzlich können diese Bereiche 6', 8', 9' unterschiedlicher Wandstärke beim Walzformen der Blechplatine 10 ausgeformt werden. Bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform, bei welcher walzgeformte Bleche 15, 16, 17 unterschiedlicher Wandstärken durch Schweißnähte 18, 19 an ihren seitlichen Längskanten miteinander verschweißt sind, um die jeweilige Blechplatine 10 herzustellen. industriell werden dabei die einzelnen Teilbleche 15, 16, 17 in Form von Blechbahnen auf entsprechenden Rollen oder Coils bereitgestellt. Von diesen Coils werden die Blechbahnen abgerollt, entlang den Schweißnähten 18, 19 miteinander verbunden, wodurch eine Bahn entsteht, die ebenfalls auf einer Rolle aufgerollt werden kann. Von der zuletzt genannten Rolle lässt sich dann eine Blechbahn abrollen und zu den einzelnen Blechplatinen 10 separieren, wodurch die Stoßkanten 11 entstehen.
Bei dem in den 4 und 5 gezeigten Ausgangszustand erstreckt sich die Blechplatine 10 in einer Ebene. Entsprechend den 6 und 7 wird die Blechplatine 10 rollgeformt, also durch Rollen geformt, wobei das Rollformen bezüglich der Längsmittelachse 4 des herzustellenden Gehäuses 2 durchgeführt wird. Dementsprechend bildet der Mantelabschnitt 6' beim Rollformen den Mantel 6 aus, während die Ringkörperabschnitte 8', 9' beim Rollformen den jeweiligen Ringkörper 8, 9 ausbilden.
Nach dem Rollformen liegt der in 7 gezeigte Zustand vor, bei dem sich die Stoßkanten 11 einander gegenüber liegen. Entsprechend 8 werden die Stoßkanten 11 der rollgeformten Blechplatine 10 miteinander verbunden. Eine entsprechende Verbindung ist in 8 mit 20 bezeichnet. Bei dieser Verbindung 20 handelt es sich bevorzugt um eine Schweißnaht. Alternativ ist es ebenso möglich, die Verbindung 20 als Bördelverbindung auszugestalten. Zweckmäßig ist der Zuschnitt der Blechplatine 10 so gewählt, dass sich nach dem Rollformen der Blechplatine 10 eine geradlinige Stoßverbindung 20 ausbildet. Ferner ist das Rollverfahren bevorzugt so durchgeführt, dass sich diese Stoßverbindung 20 nur axial, also parallel zur Längsmittelachse 4 erstreckt.
Das Gehäuse 2 besitzt dadurch eine einzige Stoßverbindung 20, die sich in axialer Richtung über das gesamte Gehäuse 2 bzw. über den Mantel 6 und über den jeweiligen daran angeformten Ringkörper 8, 9 erstreckt.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform werden der Mantel 6 und die Ringkörper 8, 9 erst nach dem Herstellen der Stoßverbindung 20 endgeformt. Diese Endformung beinhaltet bspw. das Ausformen wenigstens eines der Ringkörper 8, 9 zu einem Trichter. Das Endformen kann zusätzlich oder alternativ auch das Anformen einer Bördelung 21 umfassen, wie sie in den 1 und 2 dargestellt ist. Die Bördelung 21 ist dabei in Umfangsrichtung umlaufend ausgestaltet. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, vor dem Endformen des Mantels 6 bzw. des jeweiligen Ringkörpers 8, 9 das wenigstens eine Abgasbehandlungselement 5 zusammen mit der jeweiligen Lagermatte 7 in das Gehäuse 2 bzw. in den Mantel 6 einzusetzen, sogenanntes Canning. Erst durch das Endformen des Mantels 6 wird eine gewünschte Vorspannung in der jeweiligen Lagermatte 7 realisiert, um das jeweilige Abgasbehandlungselement 5 ordnungsgemäß im Mantel 6 bzw. im Gehäuse 2 zu fixieren. Vor dem Einsetzen des jeweiligen Abgasbehandlungselements 5 ist es entsprechend 1 ebenso möglich, einen axialen Endanschlag 22 in das Gehäuse 2 einzubauen, insbesondere einzuschweißen. Dieser Endanschlag 22 stützt das jeweilige Abgasbehandlungselement 5 in Axialrichtung 3 ab. Beim Endformen der Ringkörper 8, 9 können diese hinsichtlich ihrer Abmessungen an Anschlusselemente adaptiert werden, an welche sie angeschlossen werden sollen, wenn die Abgasbehandlungseinrichtung 1 in eine Abgasanlage eingebaut wird. Durch diese nachgeordnete Endformung ist es besonders einfach, das Gehäuse 2 an vergleichsweise große Formtoleranzen der Abgasbehandlungselemente 5 zu adaptieren, bei denen es sich bspw. um keramische Monolithen handeln kann.
Nach dem Endformen kann es entsprechend 2 vorgesehen sein, eine Sonde 23 an das Gehäuse 2 anzubauen, hier an den rechten Ringkörper 9.
Bei allen hier gezeigten Ausführungsformen ist die Blechplatine 10 so gestaltet bzw. wird das Rollumformen der Blechplatine 10 so durchgeführt, dass am Gehäuse 2 die jeweilige größere Wandstärke 13, 14 nur nach außen aufträgt. Hierdurch wird für das Innere des Gehäuses 2 für den das jeweilige Abgasbehandlungselement 5 aufnehmenden Abschnitt des Gehäuses 2 ein gleich bleibender Innenquerschnitt realisiert, was das Einsetzendes jeweiligen Abgasbehandlungselements 5 erleichtert. Insbesondere kann sich das jeweilige Abgasbehandlungselement 5 in axialer Richtung bis in wenigstens einen der Ringkörper 8 hineinerstrecken, so dass sich wie in den 1 bis 3 angedeutet, zwischen dem jeweiligen Ringkörper 8, 9 und dem jeweiligen Abgabehandlungselement 5 eine axiale Überlappung ergeben kann.

Claims

Gehäuse für eine Abgasbehandlungseinrichtung (1) einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, – mit einem in Umfangsrichtung geschlossenen Mantel (6) zur Aufnahme wenigstens eines Abgasbehandlungselements (5), der an wenigstens einem axialen Ende in einen in Umfangsrichtung geschlossenen Ringkörper (8, 9) übergeht, mit dem das Gehäuse (2) an eine andere Komponente der Abgasanlage anschließbar ist, – wobei der Mantel (6) und der wenigstens eine Ringkörper (8, 9) aus einer einzigen Blechplatine (10) durch Rollieren der Blechplatine (10) in Umfangsrichtung und durch Verbinden von Stoßkanten (11) der Blechplatine (10) hergestellt sind, – wobei sich der Mantel (6) und der wenigstens eine Ringkörper (8, 9) durch verschiedene Materialien und/oder verschiedene Wandstärken (12, 13, 14) voneinander unterscheiden.
Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) eine einzige Stoßverbindung (20) aufweist, die sich in axialer Richtung über den Mantel (6) über den wenigstens einen Ringkörper (8) erstreckt.
Gehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Stoßverbindung (20) nur axial erstreckt.
Gehäuse nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoßverbindung (20) als Schweißverbindung oder als Bördelverbindung ausgestaltet ist.
Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper (8, 9) als Trichter ausgestaltet ist.
Verfahren zum Herstellen eines Gehäuses (2) für eine Abgasbehandlungseinrichtung (1) einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, – bei dem eine Blechplatine (10) hergestellt oder verwendet wird, die zumindest zwei Platinenabschnitte (6', 8', 9') aufweist, die sich hinsichtlich Material und/oder Wandstärke voneinander unterscheiden, – bei dem die Blechplatine (10) durch Rollen so geformt wird, dass einer der Platinenabschnitte (6') einen Mantel (6) des Gehäuses (2) bildet und der wenigstens eine andere Platinenabschnitt (8', 9') wenigstens einen an einem axialen Ende des Mantels (6) angeordneten Ringkörper (8, 9) bildet, – bei dem Stoßkanten (11) der rollgeformten Platine (10) miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (6) und/oder der wenigstens eine Ringkörper (8, 9) nach dem Herstellen der Stoßverbindung (20) endgeformt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Ringkörper (6, 8) nach dem Herstellen der Stoßverbindung (20) mit einer in Umfangsrichtung umlaufenden Bördelung (21) versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Ringkörper (8, 9) nach dem Herstellen der Stoßverbindung (20) zu einem Trichter umgeformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Endformen des Mantels (6) und/oder des wenigstens einen Ringkörpers (8, 9) wenigstens ein Abgasbehandlungselement (5) in das Gehäuse (2) eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Rollumformen bei der Blechplatine (10) mit Platinenabschnitten (6', 8', 9') unterschiedlicher Wandstärke so durchgeführt wird, dass am Gehäuse (2) die größere Wandstärke nur nach außen aufträgt.