DE102014002892A1

DE102014002892A1 - System und Verfahren zum Aufnehmen von Nachbehandlungsblöcken

Info

Publication number: DE102014002892A1
Application number: DE102014002892.5A
Authority: DE
Inventors: Andrew M. Denis; Thomas W. Manning; Ian Aguirre; Rick E. Jeffs; Nagaraju Manchikanti
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2014-09-04
Anticipated expiration: 2034-03-01
Also published as: DE102014002892B4; CN104018912A; US9050559B2; CN104018912B; US20140248186A1

Abstract

Ein Nachbehandlungssystem enthält ein Nachbehandlungsmodul mit einer Hülse (170), die sich zwischen einem ersten Ende (174) und einem zweiten Ende (176) erstreckt. Ein oder mehrere Nachbehandlungsblöcke (164) werden axial in eine Hülsenöffnung (178) eingesetzt, die in dem ersten Ende (174) der Hülse (170) angeordnet ist. Um zu verhindern, dass die Nachbehandlungsblöcke (164) unbeabsichtigt aus der Hülse (170) austreten, ist ein unverlierbarer Ring (210) als ein lose gepasster Kranz um das erste Ende (174) der Hülse (170) angeordnet. Der unverlierbare Ring (210) wird durch eine in Umfangsrichtung verlaufende Sicke (180), die um das erste Ende (174) vorsteht, an der Hülse (170) gehalten. Der unverlierbare Ring (210) kann mit einem benachbart zu dem ersten Ende (174) platzierten Haltering (230) verbunden werden. Bei einer Verbindung mit dem unverlierbaren Ring (210) erstreckt sich ein Teil des Halterings (230) teilweise über die Hülsenöffnung (178) und blockiert diese, so dass ein Austreten des Nachbehandlungsblocks (164) aus der Hülse (170) verhindert wird.

Description

Technisches Gebiet
Diese Patentoffenbarung betrifft allgemein ein Nachbehandlungssystem zum Verringern von Emissionen in Abgasen bei einem Verbrennungsprozess, insbesondere ein Verfahren und eine Anordnung zum Halten und Austauschen von Nachbehandlungsblöcken in solch einem System.
Hintergrund
Leistungssysteme wie beispielweise große Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung verbrennen kohlenwasserstoffbasierte Kraftstoffe oder ähnliche Kraftstoffquellen zum Umwandeln der darin enthaltenen chemischen Energie in mechanische Energie, die zum Antreiben einer zugehörigen Maschine oder für eine andere Anwendung eingesetzt werden kann. Die Verbrennung des Kohlenwasserstoffkraftstoffs kann verschiedene Nebenprodukte oder Emissionen freisetzen oder erzeugen, beispielsweise Stickoxide (NO_X), Kohlenmonoxid und Kohlendioxid (CO und CO₂) und Feststoffpartikel. Die Menge an Emissionen, die an die Umwelt abgegeben werden dürfen, kann Regierungsvorschriften und Umweltgesetzen unterliegen. Demzufolge können die Hersteller solcher Leistungssysteme das System mit einem zugehörigen Nachbehandlungssystem ausstatten, um die Emissionen zu behandeln, bevor sie an die Umwelt abgegeben werden.
Das Nachbehandlungssystem kann in dem Abgaskanal des Leistungssystems angeordnet sein und kann eine Einheit bzw. ein Modul enthalten, durch die bzw. das die Abgase gehen. Das Modul kann einen oder mehrere Nachbehandlungsblöcke enthalten, die die Zusammensetzung der Abgase, die auf die Blöcke treffen, chemisch oder physikalisch ändern kann. Beispiele für Nachbehandlungsblöcke beinhalten Katalysatoren, die die Abgase chemisch ändern, und Filter, die spezifische Komponenten der Abgase auffangen können. Bei einigen Ausführungsformen kann der Nachbehandlungsblock permanent an dem Modul befestigt sein, beispielsweise durch Schweißen oder dergleichen. Einige Typen von Nachbehandlungsblöcken können jedoch nach einiger Zeit aufgebraucht oder inaktiv werden oder aufgrund der Bedingungen, unter denen sie verwendet werden, beschädigt werden und einen Austausch erfordern. Demzufolge können bei einigen Nachbehandlungssystemen die Nachbehandlungsblöcke entnommen werden.
Ein Beispiel für ein System, das entnehmbare Nachbehandlungsblöcke, insbesondere Katalysatoren, verwendet, ist in dem US-Patent Nr. 7,919,052 (dem Patent '052) beschrieben. Das Patent '052 beschreibt ein Gehäuse, das eine Öffnung festlegt, die Teil einer Strömungskammer ist, und einen Katalysator, der über der Öffnung angeordnet ist. Zum Halten des Katalysators an seiner Position über der Öffnung ist über einer Fläche des Katalysators senkrecht zu der Strömungskammer ein Riegel angeordnet. Ein Ende des Riegels ist am Boden der Strömungskammer verankert, und das andere Ende ist durch eine Kombination aus Schraube und Mutter an einer vorderen Platte in dem oberen Bereich des Gehäuses befestigt. Zum Entnehmen des Katalysators muss der Riegel sowohl von dem Gehäuse abgeschraubt werden als auch von dem Boden der Strömungskammer gelöst werden. Darüber hinaus können die Kombination aus Schraube und Mutter und die Verankerung in unterschiedlichen Richtungen orientiert sein, was ein Abnehmen des Riegels für einen Zugang zu dem Katalysator kompliziert macht.
Zusammenfassung
Gemäß einem Aspekt beschreibt die Offenbarung ein Nachbehandlungsmodul mit mindestens einer Hülse, die sich zwischen einem ersten Ende und einem gegenüberliegenden zweiten Ende entlang einer Hülsenachse erstreckt. Die Hülse enthält ferner eine Hülsenöffnung, die an dem ersten Ende angeordnet ist, und eine Sicke, die sich in der Nähe des ersten Endes befindet und in radialer Richtung um die Hülsenachse vorsteht. Die Hülse kann in einem Rahmen aufgenommen sein, der eine ebene Fläche senkrecht zu der Hülsenachse aufweist. Wenn die Hülse in dem Rahmen aufgenommen ist, erstreckt sich das erste Ende von der ebenen Fläche, und die Sicke ist in axialer Richtung von der ebenen Fläche beabstandet. Ein oder mehrere Nachbehandlungsblöcke können in die Hülse eingesetzt sein. Die Nachbehandlungsblöcke können eine Substratmatrix und einen um die Substratmatrix angeordneten Mantel aufweisen. Zum Halten der Nachbehandlungsblöcke in der Hülse kann ein unverlierbarer Ring um die Hülse angeordnet und in axialer Richtung zwischen der ebenen Fläche und der Sicke positioniert sein. Ein Haltering ist benachbart zu dem ersten Ende platziert und mit dem unverlierbaren Ring verbunden, so dass ein Teil des Halterings über einem Teil der Hülsenöffnung angeordnet ist.
Gemäß einem anderen Aspekt beschreibt die Offenbarung ein Verfahren zum Halten eines Nachbehandlungsblocks in einem Nachbehandlungsmodul. Gemäß dem Verfahren wird eine Hülse in dem Nachbehandlungsmodul bereitgestellt, und ein unverlierbarer Ring wird lose um ein erstes Ende der Hülse angeordnet. Ein oder mehrere Nachbehandlungsblöcke werden durch eine Hülsenöffnung in dem ersten Ende der Hülse eingesetzt. Ein Haltering wird in der Nähe des ersten Endes positioniert, so dass ein Teil des Halterings einen Teil der Hülsenöffnung blockiert, und der unverlierbare Ring wird dem Haltering verbunden.
Gemäß einem anderen Aspekt beschreibt die Offenbarung ein Verfahren zum Abdichten mehrerer Nachbehandlungsblöcke, die in ein Nachbehandlungsmodul eingesetzt sind. Eine Hülse, die sich zum Festlegen einer Hülsenachse zwischen einem ersten und einem zweiten Ende erstreckt, ist in dem Nachbehandlungsmodul vorgesehen. Das Verfahren beinhaltet das Anordnen eines unverlierbaren Rings um das erste Ende allgemein konzentrisch mit der Hülsenachse, so dass der unverlierbare Ring in axialer Richtung hinter einer Sicke zurückgehalten ist, die in der Nähe des ersten Endes radial vorsteht. Ein erster Nachbehandlungsblock und ein zweiter Nachbehandlungsblock werden in eine Hülsenöffnung eingeführt, die in dem ersten Ende angeordnet ist, so dass sich der erste Nachbehandlungsblock in der Nähe des ersten Endes befindet und der zweite Nachbehandlungsblock in der Nähe des zweiten Endes befindet. Ein Haltering wird in der Nahe des ersten Endes positioniert, so dass sich ein Teil des Halterings über einen Teil der Hülsenöffnung erstreckt und den ersten Nachbehandlungsblock berührt. Gemäß dem Verfahren wird der erste Nachbehandlungsblock durch Verbinden und Festziehen des Halterings an dem an der Sicke anliegenden unverlierbaren Ring gegen den zweiten Nachbehandlungsblock gedrückt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein seitlicher Aufriss eines Leistungssystems mit einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, die mit einem Generator verbunden ist und der ein Nachbehandlungsmodul zugeordnet ist.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Moduls zum Reinigen von Emissionen, wobei die Oberseite nicht gezeigt ist, um die Komponenten im Inneren des Moduls und einen Abgasstrom durch dasselbe zu zeigen.
3 ist eine perspektivische Ansicht eines Nachbehandlungsmoduls, das in dem Modul zum Reinigen von Emissionen angeordnet ist, wobei das Nachbehandlungsmodul mindestens eine Hülse, die mehrere Nachbehandlungsblöcke aufnimmt, und ein Paar von Ringen enthält, die in der Nähe des Endes der Hülse miteinander verbunden sind, um die Nachbehandlungsblöcke darin zu halten.
4 ist eine perspektivische Ansicht der Hülse mit einem unverlierbaren Ring, der um das Ende der Hülse angeordnet ist und daran axial festgelegt ist, wobei der unverlierbare Ring mit einem Haltering verbunden ist, der teilweise über einer Öffnung der Hülse angeordnet ist.
4A ist eine detaillierte Zusammenbauansicht der Verbindungsanordnung aus 4, die den unverlierbaren Ring, den Haltering, und die Komponenten, die diese Elemente miteinander verbinden, im Detail zeigt.
5 ist ein Schnitt der Hülse mit den mehreren Nachbehandlungsblöcken, die durch die Verbindung aus dem unverlierbaren Ring und dem Haltering mittels der im Detail gezeigten Komponenten der Verbindungsanordnung in derselben gehalten werden.
6 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Nachbehandlungsblocks, insbesondere eines Katalysators zur selektiven katalytischen Reduktion, mit einem Mantel, der um eine Substratmatrix angeordnet ist, wobei die Substratmatrix im Detail gezeigt ist.
Detaillierte Beschreibung
Diese Offenbarung betrifft allgemein ein Abgasnachbehandlungssystem, das einem Leistungssystem zugeordnet sein kann, das Abgase produziert, insbesondere Nachbehandlungsblöcke, die entnehmbare Komponenten solcher Nachbehandlungssysteme darstellen können. Bezugnehmend auf die Figuren, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, ist in 1 ein Beispiel für ein Leistungssystem 100 gezeigt, das durch Verbrennen von fossilen Kraftstoffen oder dergleichen Leistung erzeugen kann. Das dargestellte Leistungssystem 100 kann eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung 102, beispielsweise einen Dieselmotor, enthalten, die für einen Betrieb zum Erzeugen von Elektrizität mit einem Generator 104 verbunden ist. Die Brennkraftmaschine 102 mit innerer Verbrennung kann eine beliebige Anzahl von Zylindern aufweisen. Die Brennkraftmaschine 102 mit innerer Verbrennung und der Generator 104 können von einem gemeinsamen Befestigungsrahmen 106 getragen werden. Das Leistungssystem 100 kann an Orten, an denen ein Zugang zu einem Elektrizitätsnetz begrenzt oder nicht verfügbar ist, eine Reserveleistung oder eine kontinuierliche elektrische Leistung liefern. Demzufolge können der Generator 104 und die Brennkraftmaschine 102 mit innerer Verbrennung so dimensioniert sein, dass sie eine geeignete Wattleistung und eine geeignete PS-Zahl liefern. Es ist offensichtlich, dass bei anderen Ausführungsformen das Leistungssystem der vorliegenden Offenbarung für andere Anwendungen verwendet werden kann, beispielweise mit Benzinmotoren, Gasturbinen und Systemen, die Kohle verbrennen. Ferner kann die vorliegende Offenbarung zusätzlich zu stationären Anwendungen für mobile Anwendungen, beispielweise Lokomotiven und Schiffsmotoren, verwendet werden.
Zum Leiten von Ansaugluft in das Leistungssystem 100 und Abgasen aus demselben kann das Leistungssystem ein Luftansaugsystem 110 und ein Abgassystem 112 enthalten. Das Luftansaugsystem 110 führt den Brennkammern der Brennkraftmaschine 102 mit innerer Verbrennung Luft oder ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff zur Verbrennung zu, während das Abgassystem 112 ein Abgasrohr oder einen Abgaskanal 114 enthält, der mit den Brennkammern fluidverbunden ist, so dass in dem Verbrennungsprozess erzeugte Abgase an die Umwelt abgegeben werden. Zur Beaufschlagung der Ansaugluft mit Druck unter Verwendung des positiven Drucks der ausgestoßenen Abgase kann das Leistungssystem 100 einen oder mehrere Turbolader 116 enthalten, die für einen Betrieb dem Luftansaugsystem 110 und dem Abgassystem 112 zugeordnet sind.
Das Abgassystem 112 kann Komponenten zum Konditionieren oder Behandeln der Abgase enthalten, bevor sie an die Umwelt abgegeben werden. Beispielsweise kann ein Abgasnachbehandlungssystem 120 in Form eines Moduls zum Reinigen von Emissionen (englisch: clean emissions module, CEM) stromabwärts der Turbolader 116 in Fluidverbindung mit dem Abgassystem 112 angeordnet sein, so dass es die von der Brennkraftmaschine 102 mit innerer Verbrennung ausgestoßenen Abgase empfangen kann. Die Bezeichnung „Nachbehandlung” bezieht sich darauf, dass das System Abgase behandelt, nachdem sie erzeugt worden sind, und unterscheidet sich somit von Kraftstoffzusätzen und dergleichen, die sich auf den Verbrennungsprozess auswirken. Das Nachbehandlungssystem 120 kann als eine separate Einheit ausgebildet sein, die beispielweise über dem Generator 104 an dem Leistungssystem 100 angebracht sein kann und Abgase von dem Abgaskanal 114 empfangen kann. Durch Herstellen des Nachbehandlungssystems 120 als eine separate modulare Einheit kann dieses mit unterschiedlich großen und unterschiedlich konfigurierten Leistungssystemen 100 verwendet werden. Bei anderen Ausführungsformen kann das Nachbehandlungssystem 120 jedoch integral mit dem Leistungssystem 100 vorgesehen sein und an anderen Positionen als oberhalb des Leistungssystems angeordnet sein. Das Nachbehandlungssystem 120 kann zum Behandeln, Entfernen oder Umwandeln von Emissionen und anderen Abgasbestandteilen ausgebildet sein.
Bezugnehmend auf 2 kann das Nachbehandlungssystem 120 ein kastenförmiges Gehäuse 122 enthalten, das von einem Basisträger 124 getragen wird, der zum Anbringen des Nachbehandlungssystems an dem Leistungssystem angepasst ist. Das kastenförmige Gehäuse 122 kann eine nach vorne zeigende erste Wand 126, eine gegenüberliegende hintere zweite Wand 128 und eine dritte und eine vierte Seitenwand 130, 132 enthalten. Es ist offensichtlich, dass Bezeichnungen wie vorne, hinten und seitlich lediglich zur Orientierung verwendet werden und keine Beschränkung der Ansprüche darstellen sollen. Zusätzlich dazu kann sich zwischen der vorderen ersten Wand 126 und der hinteren zweiten Wand 128 und in der Mitte zwischen der dritten und der vierten Seitenwand 130, 132 eine imaginäre zentrale Systemachsenlinie 134 erstrecken. Das Gehäuse 122 kann aus verschweißten Stahlplatten oder Blechen bestehen.
Zum Empfangen der nicht behandelten Abgase in dem Nachbehandlungssystem 120 können ein oder mehrere Einlasse 140 in der ersten Wand 126 des Gehäuses 122 vorgesehen sein und mit dem Abgaskanal des Abgassystems fluidverbunden sein. Bei der dargestellten Ausführungsform enthält das Nachbehandlungssystem 120 zwei Einlässe 140, die im Allgemeinen parallel und mittig zwischen der dritten und der vierten Seitenwand 130, 132 und auf beiden Seiten der Systemachsenlinie 134 angeordnet sind, so dass die eintretenden Abgase zu der hinteren zweiten Wand 128 geleitet werden. Andere Ausführungsformen des Nachbehandlungssystems 120 können jedoch eine unterschiedliche Anzahl und/oder unterschiedliche Positionen für die Einlässe aufweisen. Zum Ermöglich eines Austritts der Abgase aus dem Nachbehandlungssystem 120 können ferner zwei Auslässe 142 in der ersten Wand 126 des Gehäuse 122 angeordnet sein. Jeder Auslass 142 kann parallel zu den zentral ausgerichteten Einlässen 140 sein und in Richtung einer der dritten oder der vierten Seitenwand 130, 132 angeordnet sein.
Zur Behandlung oder Konditionierung der Abgase kann das Gehäuse 122 verschiedene Typen oder Arten von Abgasbehandlungsvorrichtungen enthalten, durch die die Abgase geleitet werden oder an denen die Abgase vorbeigeleitet werden. Beispielsweise können, wie durch die Pfeile, die einen Abgasstrom durch das Nachbehandlungssystem 120 angeben, gezeigt, zum Verlangsamen der Geschwindigkeit des ankommenden Abgases für eine Behandlung die Einlässe 140 jeweils mit einem sich verbreiternden konischen Diffusor 144 verbunden sein, der außerhalb der vorderen ersten Wand 126 angebracht ist. Jeder Diffusor 144 kann die Abgase zu einem zugehörigen Dieseloxidationskatalysator (englisch: diesel oxidation catalyst, DOC) 146 leiten, der sich in dem Gehäuse 122 in der Nähe der ersten Wand 126 befindet und der dann die Abgase zu einer gemeinsamen Sammelleitung 148 leitet, die zentral entlang der Systemachsenlinie 134 ausgerichtet ist. Der DOC 146 kann Materialien wie Metalle der Platingruppe, beispielweise Platin oder Palladium, enthalten, die Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe in den Abgasen über die folgenden möglichen Reaktionen in Wasser und Kohlendioxid umwandeln können: CO + ½O₂ = CO₂ (1) [HC] + O₂ = CO₂ + H₂O (2)
Zur weiteren Verringerung von Emissionen in den Abgasen, insbesondere zur Reduzierung von Stickoxiden wie NO und NO₂, die manchmal als NO_X bezeichnet werden, kann das Nachbehandlungssystem ein SCR-System 150 enthalten. In dem SCR-Prozess wird ein flüssiges oder gasförmiges Reduktionsmittel in das Abgassystem eingebracht und zusammen mit den Abgasen durch einen SCR-Katalysator geleitet. Der SCR-Katalysator kann Materialien enthalten, die bewirken, dass die Abgase mit dem Reduktionsmittel zum Umwandeln von NO_X in Stickstoff (N₂) und Wasser (H₂O) reagieren. Ein gebräuchliches Reduktionsmittel ist Harnstoff ((NH₂)₂CO), wenngleich andere geeignete Substanzen wie Ammoniak (NH₃) in dem SCR-Prozess verwendet werden können. Die Reaktion kann gemäß der folgenden allgemeinen Formel stattfinden: NH₃ + NO_X = N₂ + H₂O (3)
Bezugnehmend auf 2 enthält das SCR-System 150 zum Einbringen des Reduktionsmittels einen Reduktionsmittelinjektor 152, der stromabwärts des Sammelrohrs 148 und stromaufwärts eines zentral ausgerichteten Mischrohr 154 angeordnet ist, das die Abgase zu der hinteren zweiten Wand 128 des Gehäuses 122 leitet. Der Reduktionsmittelinjektor 152 kann mit einem Speichertank oder einem Reservoir in Fluidverbindung sein, der bzw. das das Reduktionsmittel speichert, und kann periodisch oder kontinuierlich eine Menge an Reduktionsmittel in den Abgasstrom einspritzen, in einem Prozess, der manchmal als Zugabe bezeichnet wird. Die Menge an Reduktionsmittel, die zugeführt wird, kann von der NO_X-Belastung der Abgase abhängen. Das längliche Mischrohr 154 mischt das Reduktionsmittel gleichmäßig mit den Abgasen, bevor beide in die stromabwärtigen SCR-Katalysatoren eintreten. An dem Ende des Mischrohrs 154 in der Nähe der zweiten Wand 128 kann sich ein Diffusor 156 befinden, der das Gemisch aus Abgas und Reduktionsmittel zu der dritten und der vierten Seitenwand 130, 132 des Nachbehandlungssystems 120 umleitet. Die dritte und die vierte Seitenwand 130, 132 können das Gemisch aus Abgas und Reduktionsmittel im Allgemeinen zurück zu der vorderen ersten Wand 126 leiten.
Zum Durchführen des SCR-Reaktionsprozesses kann das Nachbehandlungssystem 120 ein erstes SCR-Modul 160, das in der Nähe der dritten Seitenwand 130 angeordnet ist, und ein zweites SCR-Modul 162, das in Richtung der vierten Seitenwand 132 angeordnet ist, enthalten. Das erste und das zweite SCR-Modul 160, 162 sind so ausgerichtet, dass sie das umgeleitete Gemisch aus Abgas und Reduktionsmittel empfangen. Bezugnehmend auf die 2 und 3 enthalten das erste und das zweite SCR-Modul 160, 162 jeweils eine Trägerstruktur oder einen Rahmen 166, der einen oder mehrere SCR-Katalysatoren 164 aufnehmen kann (von denen in 3 lediglich Mäntel und keine Substrate gezeigt sind), die manchmal als Nachbehandlungsblöcke (englisch: aftertreatment bricks) bezeichnet werden. Die Bezeichnung Nachbehandlungsblock kann sich jedoch auf eine Vielzahl von Abgasnachbehandlungsvorrichtungen beziehen, von denen SCR-Katalysatoren lediglich eine Untergruppe bilden. Demzufolge können bei anderen Ausführungsformen unterschiedliche Typen von Nachbehandlungsblöcken, die mit unterschiedlichen Reaktionsprozessen arbeiten, in das erste und das zweite SCR-Modul 160, 162 eingesetzt sein. Ferner können, wenngleich die dargestellten mehreren SCR-Katalysatoren 164 im Allgemeinen zylindrisch sind und einen Katalysatoraußendurchmesser 168 aufweisen, die SCR-Module 160, 162 zum Aufnehmen von Nachbehandlungsblöcken mit unterschiedlichen Formen, Größen und/oder Konfigurationen ausgebildet sein. Demzufolge dienen die beschriebenen Ausführungsformen von Nachbehandlungsblöcken lediglich als Beispiele und sollen, sofern nicht eindeutig etwas anderes erklärt wird, die Ansprüche nicht beschränken.
Zum Halten der mehreren SCR-Katalysatoren 164 können die SCR-Module 160, 162 eine oder mehrere Hülsen oder Buchsen 170 enthalten, die die Katalysatoren verschiebbar aufnehmen können. Die Hülsen 170 können im Allgemeinen längliche, hohle röhrenförmige Strukturen mit einem ersten Ende 174 und einem gegenüberliegenden zweiten Ende 176 sein, die entlang einer Hülsenlängsachse 172 ausgerichtet sind. Bei einigen Ausführungsformen kann das erste Ende 174 als ein stromaufwärtiges Ende bezeichnet werden, und das zweite Ende 176 kann als ein stromabwärtiges Ende bezeichnet werden, wenn ein Gasstrom durch die Hülse 170 geleitet wird. Bei anderen Ausführungsformen kann das System zumindest teilweise reversibel sein, so dass entweder das erste oder das zweite Ende als ein stromaufwärtiges oder ein stromabwärtiges Ende dienen kann. Bei Ausführungsformen, die mehr als eine Hülse 170 in dem ersten und dem zweiten SCR-Modul 160, 162 enthalten, können die Hülsen in einem gerüstartigen Rahmen 166 gelagert sein, der beispielsweise aus Formblechen oder Gussmaterialien ausgebildet ist. Der Rahmen 166 kann eine oder mehrere Wände oder ebene Flächen 167 enthalten, die durchgehend oder geöffnet sein können, beispielweise in Form eines Gitters, und die in dem Gehäuse 122 des Nachbehandlungsmoduls 120 vertikal angeordnet sind. Der Rahmen 166 kann so ausgerichtet sein, dass die ersten Enden 174 jeweils zu der dritten und der vierten Seitenwand 130, 132 zeigen und die zweiten Enden 176 mit einem zentralen Bereich 184 des Nachbehandlungssystems 120 in Verbindung stehen. Zum Empfangen von Abgasen in den Hülsen 170 können die ersten Enden 174 von der ebenen Fläche 167 des Rahmes 166 vorstehen bzw. sich von dieser erstrecken, so dass ein Teil des Äußeren der Hülse freiliegt. Für einen Zugang zu dem ersten und dem zweiten SCR-Modul 160, 162, beispielsweise zum Entnehmen und Austauschen der mehreren SCR-Katalysatoren 164, können eine oder mehrere Zugangstafeln 186 jeweils in der dritten und der vierten Seitenwand 130, 132, die den Modulen gegenüberliegen, vorgesehen sein. Der zentrale Bereich 184 kann die empfangenen Abgase nach vorne zu den Auslässen 142 leiten, die in der vorderen ersten Wand 126 angeordnet sind. Bei verschiedenen Ausführungsformen können eine oder mehrere zusätzliche Abgasbehandlungsvorrichtungen in dem Nachbehandlungssystem 120 angeordnet sein, beispielsweise Dieselpartikelfilter 188 zum Entfernen von Ruß.
Bezugnehmend auf 3 kann zum Ermöglichen, dass die röhrenförmigen Hülsen 170 die mehreren SCR-Katalysatoren 164 aufnehmen können, das erste Ende 174 jeder Hülse eine Hülsenöffnung 178 begrenzen, durch die die Katalysatoren eingesetzt werden können. Die Hülse 170 und die mehreren SCR-Katalysatoren 164 können komplementäre kreisförmige oder zylindrische Formen aufweisen, wenngleich bei anderen Ausführungsformen andere Formen in Betracht gezogen werden. Zum Liefern einer Spielpassung, die ein Einsetzen ermöglicht, kann die Hülsenöffnung 178 eine erste Breite, genauer gesagt, einen Hülsendurchmesser 179 aufweisen, der gleich einem zweiten, den mehreren SCR-Katalysatoren 164 zugeordneten Querschnitt ist, beispielsweise dem Katalysatordurchmesser 168, oder der geringfügig größer als dieser ist. Die Abmessungen des Katalysatordurchmessers 168 und des Hülsendurchmessers 179 können so vorgesehen sein, dass ein Zwischenraum von beispielsweise 2–3 Millimeter zwischen Teilen der Katalysatoren und der Hülse 170 geliefert wird. Daher können zum Verhindern einer Leckage des Gemisches aus Abgas und Reduktionsmittel zwischen den mehreren SCR-Katalysatoren 164 und der Hülse 170 die zwei Komponenten für einen Dichteingriff miteinander angepasst sein. Beispielsweise können eine oder mehrere kreisförmige Rippen 169 radial um den Umfang jedes der mehreren SCR-Katalysatoren 164 vorstehen und eine Dichtung oder eine Passung mit einem geringen Übermaß bezüglich der Innenfläche der Hülse 170 bilden. Aufgrund der komplementären Passung zwischen der Hülse 170 und den mehreren SCR-Katalysatoren 164 können die Katalysatoren konzentrisch mit der Hülsenachse 172 ausgerichtet positioniert werden.
Bei einer Ausführungsform kann die axiale Länge der Hülsen 170 zwischen dem ersten Ende 174 und dem zweiten Ende 176 so bemessen sein, dass sie im Allgemeinen mit der kombinierten Länge der mehreren SCR-Katalysatoren 164 übereinstimmt. Beispielsweise kann bei der dargestellten Ausführungsform die Hülse 170 einen ersten Katalysator 190 und einen zweiten Katalysator 192 aufnehmen, die axial in die Hülse eingesetzt sind. Der erste Katalysator 190 kann in Richtung des ersten Endes 174 ausgerichtet sein, und der zweite Katalysator 192 kann in Richtung des zweiten Endes 176 ausgerichtet sein. Bei anderen Ausführungsformen können drei oder mehr Katalysatoren in der Hülse aufgenommen sein. Nach einem Einsetzen sind die mehreren SCR-Katalysatoren 164 in Form eines Stapels und aneinander anliegend benachbart zueinander angeordnet und können im Wesentlichen die gleiche Länge wie die Hülse 170 aufweisen. Zur weiteren Abdichtung der mehreren SCR-Katalysatoren 164 und der Hülse 170 können eine oder mehrere Dichtungen 194 zwischen dem ersten und dem zweiten Katalysator 190, 192 und zwischen dem zweiten Katalysator und dem zweiten Ende 176 der Hülse angeordnet sein. Die Dichtungen 194 können Quetschdichtungen aus einem dünnen Metall sein, die mit Materialien wie Graphit beschichtet sind, oder können aus kompressiblen elastomeren Materialien ausgebildet sein.
Zum Halten und Festlegen der mehreren SCR-Katalysatoren 164 in der röhrenförmigen Hülse 170 können ein erster Haltemechanismus oder Halter 200 und ein zweiter Halter 202 zum Eingriff jeweils mit dem ersten Ende 174 und dem zweiten Ende 176 der Hülse enthalten sein. Wenngleich die Offenbarung den ersten und den zweiten Halter 200, 202 in Bezug auf das erste SCR-Modul 160 beschreibt, ist offensichtlich, dass ähnliche Halter mit dem zweiten SCR-Modul 162 verwendet werden können. Nach einem Einbau können der erste und der zweite Halter 200, 202 eine axiale Verschiebung der mehreren SCR-Katalysatoren 164 bezüglich der Hülse 170 begrenzen oder verhindern, so dass ein unbeabsichtigtes Entfernen eines Katalysators aus der Hülse verhindert wird. Der erste und der zweite Halter 200, 202 können jedoch so ausgebildet sein, dass Abgase in die Hülsen 170 ein- und aus diesen austreten können, während die Katalysatoren gehalten werden. Beispielsweise kann der zweite Halter 202 ein Riegel, ein Gitter oder dergleichen sein, der bzw. das sich über dem stromabwärtigen Ende 176 erstreckt und an diesem durch Schweißen, Löten oder dergleichen permanent befestigt ist. Zum Ermöglichen eines Entnehmens und eines Austauschs der SCR-Katalysatoren 164 kann der erste Halter 200 zum wiederholten Eingriff und Nichteingriff mit dem ersten Ende 174 ausgebildet sein.
Bezugnehmend auf die 3 und 4 können die ersten Halter zum lösbaren Eingriff des ersten Halters 200 mit der Hülsenöffnung 178, die in der Hülse 170 vorgesehen ist, einen ersten Ring, der als ein unverlierbarer Ring 210 bezeichnet wird, und einen komplementär geformten zweiten Ring, der als Haltering 230 bezeichnet wird, enthalten. Der unverlierbare Ring 210 und der Haltering 230 können zum Halten des ersten Halters 200 an dem ersten Ende 174 der Hülse 170 lösbar miteinander verbunden werden, so dass ein Teil der Hülsenöffnung 178 blockiert wird, wodurch ein unbeabsichtigtes Entfernen des SCR-Katalysators verhindert wird. Der unverlierbare Ring 210 und der Haltering 230 können jedoch ohne weiteres voneinander gelöst werden, um bei Bedarf einen Zugang zu der Hülsenöffnung 178 und ein Entnehmen der SCR-Katalysatoren 164 zu ermöglichen. Genauer gesagt ist der unverlierbare Ring 230 dem ersten Ende 174 der Hülse 170, das von der ebenen Fläche 167 des Rahmens 166 vorsteht, zugeordnet und als ein Kranz bzw. Bund an diesem vorgesehen, während der Haltering 176 lösbar an dem unverlierbaren Ring befestigt werden kann. Die lösbare Verbindung und die Trennung des unverlierbaren Rings 210 und des Halterings 230 kann beispielsweise durch mehrere Befestigungselemente 250 erreicht werden. Bei anderen Ausführungsformen sind alternative Verbindungsmethoden und Strukturen vorgesehen, beispielsweise Klemmen, die zum Zusammenklemmen des unverlierbaren Rings und des Halterings angepasst sind.
Zum Vorsehen des unverlierbaren Rings 210 als einen Kranz um die Hülse 170 kann der unverlierbare Ring ein dünnes kontinuierliches Band 212 enthalten, das bei der dargestellten Ausführungsform einen ringförmigen Kreis bildet. Bei anderen Ausführungsformen sind jedoch andere Formen für den unverlierbaren Ring 210 vorgesehen, etwa bei solchen Ausführungsformen, bei denen die Hülse 170 eine unterschiedliche Form hat. Das ringförmige Band 212 des unverlierbaren Rings 210 kann eine im Allgemeinen flache Form aufweisen, die sich um die Hülsenachse 172 erstreckt und diese umgibt, und kann einen Innendurchmesser 214 des unverlierbaren Rings festlegen, der geringfügig größer als der Hülsendurchmesser 179 der Hülse 170 ist. Demzufolge kann der unverlierbare Ring 210 lose um das erste Ende 174 angeordnet sein und sich bezüglich der Hülsenachse 172 frei um das Äußere der Hülse 170 drehen. Der unverlierbare Ring 210 dient ferner als ein loser Kranz, der axial entlang des Teils des ersten Endes 174 der Hülse 170, der von der ebenen Fläche 167 des Rahmens 166 vorsteht, verschoben werden kann. Darüber hinaus ist der unverlierbare Ring 210, wenn er um das erste Ende 174 angeordnet ist, im Allgemeinen konzentrisch mit der Hülsenachse 172 ausgerichtet. Der unverlierbare Ring 210 kann aus einem beliebigen geeigneten Material hergestellt sein, einschließlich beispielsweise eines metallischen Materials wie Stahl, Eisen oder Messing.
Um zu verhindern, dass der unverlierbare Ring 210 unbeabsichtigt von der Hülse 170 rutscht, kann der unverlierbare Ring an dem freien Ende 174, das von der ebenen Fläche 167 des Rahmens 166 vorsteht, festgehalten oder festgelegt sein. Zum Festhalten des unverlierbaren Rings 210 kann die Hülse 170 eine radial nach außen vorstehenden Sicke 180 enthalten, die an dem Umfang des ersten Endes 174 ausgebildet ist und sich längs desselben erstreckt und konzentrisch mit der Hülsenachse 172 ausgerichtet ist. Die Sicke 180 kann in Richtung der Hülsenöffnung 178 der Hülse 170 angeordnet sein und axial von der ebenen Fläche 167 des Rahmens 166 beabstandet sein, durch die das erste Ende 174 vorsteht. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die Sicke 180 durch Kaltumformen, über einen Walzprozess oder dergleichen, des ersten Endes 174 der Hülse 170 zum Verformen oder Verschieben des Hülsenmaterials radial nach außen ausgebildet werden. Ein möglicher Vorteil eines Ausbildens der Sicke durch Kaltumformen ist eine damit verbundene Zunahme einer Festigkeit oder Steifigkeit des ersten Endes der Hülse, was eine Beschädigung des vorstehenden ersten Endes während einer Wartung des SCR-Moduls verhindert. Bei anderen Ausführungsformen kann die Sicke jedoch durch alternative Verfahren ausgebildet werden, beispielsweise durch Befestigen einer zusätzlichen Struktur an der Hülse. Wenngleich das dargestellte Beispiel die Sicke 180 zeigt, die sich kontinuierlich um den Umfang des ersten Endes 174 der Hülse 170 erstreckt, kann die Sicke bei anderen Ausführungsformen als mehrere voneinander beabstandete Vorsprünge ausgebildet sein, die in Umfangsrichtung um das erste Ende beabstandet angeordnet sind.
Bezug nehmend auf 3 kann das Vorstehen der Sicke 180 in radialer Richtung nach außen einen Sickendurchmesser 182 festlegen, der größer ist als sowohl der Hülsendurchmesser 179 als auch der Innendurchmesser 214 des unverlierbaren Rings 210. Beispielsweise könnte die Sicke 180 etwa 5,0 Millimeter von der Außenfläche der röhrenförmigen Hülse 170 vorstehen und so den Hülsendurchmesser 170 erhöhen. Demzufolge wird, wenn der unverlierbare Ring 210 um das erste Ende 174 hinter der Sicke 180 angeordnet ist, eine axiale Bewegung des unverlierbaren Rings mit dem geringeren Innendurchmesser 214 entlang der Hülse 170 durch den größeren Sickendurchmesser 182 begrenzt, der verhindert, dass der unverlierbare Ring über die Sicke rutscht. Wie in 3 und 4 gezeigt, kann die axiale Verschiebung des unverlierbaren Rings auf den Teil des ersten Endes 174 begrenzt werden, der sich zwischen der ebenen Wand 167, die senkrecht zu der Hülsenachse 172 verläuft, und der Sicke 180 erstreckt. Der unverlierbare Ring 210 wird somit an dem ersten Ende 174 der Hülse 170 festgehalten.
Zum Ermöglichen der Verbindung des unverlierbaren Rings 210 mit dem Haltering 230 kann der unverlierbare Ring mehrere Ösen 220 aufweisen, die in Umfangsrichtung angeordnet sind und sich von dem horizontal ausgerichteten ringförmigen Band 212 radial nach außen erstrecken. Jede Öse 220 kann ein Loch 222 enthalten, das durch dieselbe geht und im Allgemeinen parallel zu der Hülsenachse 172 ausgerichtet werden kann. Die Ösen 220 können separat ausgebildet sein und an dem ringförmigen Band 212 befestigt sein, oder sie können integral mit dem Band ausgebildet sein. Während die dargestellte Ausführungsform sechs Ösen 220 zeigt, kann eine beliebige geeignete Anzahl enthalten sein. Bei einer alternativen Ausführungsform kann das ringförmige Band 212, anstatt die Ösen 220 zu enthalten, im Wesentlichen dicker ausgebildet sein, wobei die mehreren Löcher 222 in dem Band selbst vorgesehen sind. Zum Befestigen der Befestigungselemente, die zum Verbinden des unverlierbaren Rings 210 mit dem Haltering 230 verwendet werden, können die mehreren Löcher 222 ein Innengewinde aufweisen, das zu den Befestigungselementen passt. Alternativ dazu können die Befestigungselemente 250 mit Mutter verschraubt werden, die benachbart zu der Seite der Ösen 220 platziert werden, die zu der ebenen Wand 167 des Rahmens 166 zeigt.
Bezug nehmend auf 4 kann der Haltering 230 eine Größe und eine Kreisform aufweisen, die komplementär zu dem unverlierbaren Ring 210 sind, und kann ferner ein Band 232 enthalten, das als ein Kreisring ausgebildet ist, der aus einem geeigneten metallischen Material wie Stahl, Eisen oder Messing hergestellt sein kann. Bei einer Verbindung mit dem unverlierbaren Ring 210 kann der Haltering 210 benachbart zu dem distalen Rand des ersten Endes 174 der Hülse 170 gehalten sein und mit diesem allgemein in Eingriff sein. Zum Ermöglichen des Eingriffs mit dem ersten Ende 174 wird der Querschnitt des ringförmigen Bands 232 im Allgemeinen rechtwinklig geformt sein, mit einem ersten Schenkel 236, der radial nach innen zu der Hülsenachse 172 vorsteht, und einem zweiten Schenkel 238, der sich von dem radial äußeren Rand des ersten Schenkels nach hinten erstreckt. Der zweite Schenkel 238 ist daher im Allgemeinen parallel zu der Hülsenachse 172 und umgibt dieselbe. Dementsprechend kann sich, wie in 5 gezeigt, wenn der Haltering 230 benachbart zu dem ersten Ende 174 platziert ist, der zweite Schenkel 238 um die Peripherie der Hülsenöffnung 178 erstrecken, wobei der erste Schenkel 236 an der distalen Kante der Hülsenöffnung anliegt, so dass das rechtwinklige ringförmige Band 232 wie eine Kappe auf der Hülse 170 sitzt.
Erneut Bezug nehmend auf 3 kann das ringförmige Band 232 einen Innendurchmesser 234 des Halterings begrenzen, der von der Innenkante des ersten Schenkels 236 begrenzt wird und der kleiner als der Hülsendurchmesser 170 und der Innendurchmesser 214 des unverlierbaren Rings ist. Ferner kann das ringförmige Band 232 einen größeren Außendurchmesser 239 des Halterings festlegen, der dem Durchmesser des radial äußeren zweiten Schenkels 238 entspricht, der im Allgemeinen komplementär zu dem Hülsendurchmesser 179 sein kann, so dass sich der zweite Schenkel radial um das erste Ende 174 der Hülse erstrecken kann und dieses aufnehmen kann. Das rechtwinklige ringförmige Band 232 kann durch Pressen eines Rohlings zwischen geeigneten Stempeln in einer Presse ausgebildet werden.
Bezug nehmend auf die 3 und 4 kann der Haltering 230 mehrere Zungen 240 enthalten, die in Umfangsrichtung um das kreisförmige Band 232 angeordnet sind und bezüglich des Außendurchmessers 239 des Halterings radial nach außen vorstehen. Die Anzahl von Zungen 240 kann der Anzahl von Ösen 220 an dem unverlierbaren Ring 210 entsprechen. Zum Aufnehmen der Befestigungselemente 250 kann in jeder Zunge 240 eine glatte Bohrung 242 angeordnet sein, die kreisförmig sein kann und im Allgemeinen parallel mit der Hülsenachse 172 ausgerichtet sein kann. Die Bohrungen 242 können eine Größe aufweisen, so dass sie über eine Spielpassung die Befestigungselemente 250 verschiebbar aufnehmen können. Wenn der Haltering an dem distalen ersten Ende 174 der Hülse 170 in Eingriff ist, sind die Bohrungen 242 im Allgemeinen parallel zu der Hülsenachse 172 ausgerichtet. Bei verschiedenen Ausführungsformen können die Zungen 240 separat ausgebildet sein und durch Schweißen, Löten oder dergleichen an dem ringförmigen Band 232 angebracht sein, oder die Zungen können ein integraler Teil des Halterings 230 sein. Alternativ dazu können die Zungen 240 weggelassen werden und die Bohrungen 242 direkt durch den Körper des Halterings selbst vorgesehen sein.
Die Befestigungselemente 250 können bei einer Ausführungsform längliche, mit einem Gewinde versehene Schrauben sein, wenngleich bei anderen Ausführungsformen andere Typen von Befestigungselementen verwendet werden können. Jedes Befestigungselement 250 kann einen Schraubenkopf 252 mit einer länglichen Stange 254, die sich davon erstreckt, und ein mit einem Gewinde versehenes Ende 256, das distal zu dem Schraubenkopf positioniert ist, aufweisen. Die längliche Stange 254 des Befestigungselements 250 legt eine Befestigungselementachse 258 fest, die die Befestigungsrichtung angibt. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der Schraubenkopf 252 ein Sechskantkopf sein, der zum Eingriff mit einem Sechskantschrauber angepasst ist oder der Schraubenkopf kann einen oder mehrere Schlitze aufweisen, in die ein Schraubenzieher eingreifen kann.
Bezug nehmend auf die 3, 4 und 5 wird der Haltering zum Verbinden des unverlierbaren Rings 210 mit dem Haltering 230 benachbart zu der Hülsenöffnung 178 in dem ersten Ende 174 der Hülse 170 platziert. Insbesondere kann sich das rechtwinklige ringförmige Band 232 um die Hülsenöffnung 178 erstrecken, so dass der Haltering 230 bezüglich der Hülsenachse 172 und des ersten Endes 174 wie vorher beschrieben ausgerichtet und fixiert ist. Da der Innendurchmesser 234 des Halterings 230 kleiner ist als der Hülsendurchmesser 179, der der Hülsenöffnung 178 entspricht, kann der Haltering auf dem ersten Ende 174 aufsitzen und an diesem anliegen. Die Ösen 220 an dem unverlierbaren Ring 210 können mit den Zungen 240 an dem Haltering 230 ausgerichtet werden, was durch Drehen des lose gepassten unverlierbaren Rings bezüglich der Hülsenachse 172 und um die Hülse 170 erreicht werden kann. Wenn die Ösen 220 und die Zungen 240 ausgerichtet sind, können die Befestigungselemente 250 durch die Bohrungen 242 in den Zungen eingeführt werden und in den Löchern 222, die in den Ösen vorgesehen sind, aufgenommen werden. Die Befestigungselemente 250 können beispielsweise durch Schrauben in das Loch mit Innengewinde oder durch Eingriff mit einer benachbart zu der Öse 220 platzierten Mutter an den Löchern 222 befestigt werden. Die Befestigungselemente 250 können zum Zusammenziehen des unverlierbaren Rings 210 und des Halterings 230 in axialer Richtung angezogen werden, bis der unverlierbare Ring gegen die Sicke 180, die um das erste Ende 174 angeordnet ist, stößt, so dass eine weitere Bewegung des unverlierbaren Rings blockiert wird. Die Sicke 180 kann somit den unverlierbaren Ring 210 und den Haltering 230 in einer axial voneinander beabstandeten Beziehung halten. Demzufolge wird der Haltering 230 fest an der Hülse 170 gehalten, und somit ist der erste Halter 200 an dem ersten Ende 174 angebracht.
Bezug nehmend auf die 3, 4 und 4A kann bei einer weiteren Ausführungsform der erste Halter 200 eine zusätzliche Komponente in Form eines Kompressionskörpers 280 enthalten. Der Kompressionskörper 280 kann eine einteilige röhrenförmige Hülse 282 mit einer Längsbohrung 284 durch dieselbe enthalten. Die Längsbohrung 284 kann dadurch eine Längsachse 288 festlegen, die durch die dickere Mittellinie dargestellt ist. Darüber hinaus kann die Längsbohrung 284 eine Größe und eine Form aufweisen, so dass das längliche Befestigungselement 250 ohne weiteres aufgenommen werden kann, wenn der Kompressionskörper 280 und die Längsachse 288 ordnungsgemäß mit der Befestigungselementachse 258 ausgerichtet sind. Der Kompressionskörper 280 kann eine anfängliche Längenabmessung 286 aufweisen, die in 4 durch den Pfeil angegeben ist. Bei einer Verwendung mit dem ersten Halter 200 kann der Kompressionskörper 280 zwischen der Zunge 240, die von dem Haltering 210 vorsteht, und der Öse 220 an dem unverlierbaren Ring 210 angeordnet sein.
In dem Kompressionskörper 280 können mehrere benachbarte zusammendrückbare Sicken 290 ausgebildet sein, die in Längsrichtung angeordnet sind und entlang der Längsachse 288 ausgerichtet sind. Die abgerundeten zusammendrückbaren Sicken 290 können dem Kompressionskörper 280 eine ausgebeulte oder gewellte Oberfläche verleihen. Zum Ausbilden der zusammendrückbaren Sicken 290 kann die röhrenförmige Hülse 282 anfangs zylindrisch sein und durch Drehen in die Sickenform gebracht werden. Wenn der Kompressionskörper 280 einer Kompressionskraft in axialer Richtung unterzogen wird, beispielsweise zwischen den Ösen 220 an dem unverlierbaren Ring 210 und den Zungen 240 an dem Haltering 230, können die benachbarten zusammendrückbaren Sicken 290 beginnen, bezüglich der Längsachse 288 zusammengedrückt zu werden, ähnlich zu dem Zusammendrücken eines Blasebalgs. Dementsprechend kann der röhrenförmige Körper 282 damit beginnen, bezüglich seiner anfänglichen Längenabmessung 286 zu einer kürzeren Abmessung zusammengedrückt zu werden. Die zusammendrückbaren Sicken 290 können wiederum eine Widerstandskraft oder eine Gegenkompressionskraft in Richtung der Längsachse 288 liefern.
Wenn der Kompressionskörper 280 zwischen der Öse 220 und der Zunge 240 zusammengedrückt wird, kann diese Kraft auf die anderen Komponenten des ersten Halters 200 aufgebracht werden, beispielsweise die Befestigungselemente 250, die in die Ösen 220 geschraubt sind, was diese Komponenten vorbelastet und verhindert, dass sie sich unbeabsichtigt voneinander lösen. Zusätzlich dazu kann die Gegenkraft bewirken, dass der Haltering 210 und das erste Ende 174 gegeneinander gedrückt werden, so dass die Komponenten eine starre Ausrichtung beibehalten. Die Anzahl von benachbarten zusammendrückbaren Sicken 290 und die Größe der Sicken kann variiert werden, so dass unterschiedliche Zusammendrückbereiche (d. h. unterschiedliche Änderungen der anfänglichen Längenabmessung 286) und unterschiedliche Gegenkräfte erhalten werden können. Der Kompressionskörper 280 kann daher als eine Feder oder ein Spannmechanismus dienen. Um dem Kompressionskörper 280 zu ermöglichen, zusammengedrückt zu werden, kann die röhrenförmige Hülse 282 aus einem relativ verformbareren oder nachgiebigeren Material als die anderen Komponenten des ersten Halters 200 hergestellt sein, beispielsweise aus Edelstahl mit geringerer Qualität. Bei anderen Ausführungsformen können andere Vorrichtungen, beispielsweise Federn, dazu verwendet werden, die Gegenkraft zu liefern.
Wie bereits erwähnt, kann die Offenbarung auf das Halten eines beliebigen geeigneten Typs eines Nachbehandlungsblocks in einem Nachbehandlungssystem angewandt werden. Bezug nehmend auf 6 ist beispielsweise eine Ausführungsform eines geeigneten Nachbehandlungsblocks gezeigt, nämlich ein SCR-Katalysator 300, der eine SCR-Reaktion durchführen kann. Zum Tragen des katalytischen Materials, das die chemische Reaktion durchführt, kann der SCR-Katalysator 300 eine innere Substratmatrix 310 enthalten, die aus einem dreiecksförmigen Gitter, einem wabenförmigen Gitter, einem Metallmaschensubstrat oder einer ähnlichen dünnwandigen Trägerstruktur 312 besteht, auf der das katalytische Material oder die katalytische Beschichtung 314 vorgesehen werden kann. Solche Konstruktionen für die Trägerstrukturen ermöglichen dem Gemisch aus Abgas/Reduktionsmittel, in den SCR-Katalysator 300 einzutreten und durch diesen zu gehen. Ein beliebiges geeignetes Material kann für die Trägerstruktur 312 verwendet werden, einschließlich beispielsweise Keramik, Titanoxid oder Kupfer-Zeolith. Katalytische Beschichtungen 314, die die SCR-Reaktion einleiten, können verschiedene Typen von Metallen enthalten, beispielsweise Vanadium, Molybdän und Wolfram. Die katalytische Beschichtung 314 kann durch eine geeignete Methode auf der Trägerstruktur 312 abgeschieden werden, beispielsweise durch chemische Gasphasenabscheidung, Adsorption, Pulverbeschichtung, Aufsprühen etc. Bei anderen Ausführungsformen kann die Substratmatrix, anstatt separate Trägerstrukturen und katalytischen Beschichtungen aufzuweisen, die häufig zur Verringerung von Materialkosten gemeinsam verwendet werden, vollständig aus einem katalytischen Material gebildet sein. Bei der dargestellten Ausführungsform weist die Substratmatrix 310 eine im Allgemeinen zylindrische Form auf und erstreckt sich zwischen einer ersten kreisförmigen Fläche 320 und einer zweiten kreisförmigen Fläche 322, so dass eine erste Länge 324 festgelegt wird, bei anderen Ausführungsformen können jedoch unterschiedlich geformte Substratmatrizen vorgesehen sein, beispielsweise mit einer quadratischen oder einer rechteckigen Form. Beispielsweise kann die erste Länge etwa sieben (7) Zoll, d. h. achtzehn Zentimeter, betragen.
Zum Schützen der Trägerstruktur 212 kann ein röhrenförmiger Mantel 330 im Allgemeinen um die Substratmatrix 310 angeordnet sein. Der röhrenförmige Mantel 330 kann aus einem dickeren oder steiferen Material als die dünnwandige Trägerstruktur 312 ausgebildet sein, beispielsweise aus Aluminium oder Stahl. Beispielsweise kann der Mantel etwa 5/16 Zoll (0,8 cm) dick sein, um eine ausreichende strukturelle Steifigkeit des Katalysators zu liefern. Der Außenumfang des Mantels 330 kann dem Katalysatordurchmesser 168 entsprechen, der eine Größe für eine Aufnahme in den Hülsen aufweist. Um das Äußere des Mantels 330 können die vorstehenden Rippen 169 angeordnet sein, die die Innenwand der Hülse berühren können. Der röhrenförmige Mantel 330 kann eine Form aufweisen, die komplementär zu der der Substratmatrix 310 ist, die bei der dargestellten Ausführungsform im Allgemeinen zylindrisch ist. Der zylindrische Mantel 330 kann sich daher zwischen einem ersten kreisförmigen Rand 332 und einem zweiten kreisförmigen Rand 334 erstrecken, deren Durchmesser ebenfalls dem Katalysatordurchmesser 168 entspricht. Bei anderen Ausführungsformen können der Mantel und sein erster und sein zweiter Rand jedoch andere Formen aufweisen. Der Mantel kann eine zweite Länge 336 aufweisen, die zwischen dem ersten Rand 332 und dem zweiten Rand 334 festgelegt ist und die geringfügig größer ist als die erste Länge 324 der Substratmatrix 310. Beispielsweise kann die zweite Länge 336 etwa acht (8) Zoll sein, d. h. etwa 20 cm.
Dementsprechend kann, wenn der Mantel 330 um die kürzere Substratmatrix 310 angeordnet ist, dieser eine Verlängerung oder eine Lippe 340 aufweisen, die über zumindest die erste Fläche 320 der Substratmatrix hinaussteht. Die Lippe 340 verlängert daher den ersten Rand 332 um ein kurzes Stück über die erste Fläche 320 hinaus. Bei solchen Ausführungsformen, bei denen die kürzere Substratmatrix 310 bezüglich des längeren Mantels 330 an einer Mittelposition angeordnet ist, kann eine zweite Lippe 342 über die zweite Fläche 322 der Matrix hinausstehen und den zweiten Rand 334 bezüglich der zweiten Fläche verlängern. Bei den oben genannten Beispielen, bei denen die Länge der Substratmatrix 310 sieben Zoll ist und die Länge des Mantels acht Zoll beträgt, können die erste und die zweite Lippe 340, 342 etwa einen halben Zoll (1,27 cm) dick sein. Dementsprechend sind die erste und die zweite Fläche 320, 322 der dünnwandigen Substratmatrix 310 etwa einen halben Zoll innerhalb des äußeren Schutzmantels 330 angeordnet.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Wie vorher erwähnt, betrifft die vorliegende Offenbarung das lösbare Halten eines oder mehrerer Nachbehandlungsblöcke in einem Nachbehandlungssystem wie einem großen Abgasnachbehandlungssystem 120 oder dem in 1 dargestellten CEM. Bezug nehmend auf 5 kann das Nachbehandlungssystem zum Aufnehmen der SCR-Katalysatoren 164 eine oder mehrere röhrenförmige Hülsen 170 enthalten, in die mehrere komplementär geformte SCR-Katalysatoren 164 durch eine Hülsenöffnung 178, die an einem ersten Ende 174 der Hülse festgelegt ist, eingesetzt werden können. Die mehreren Nachbehandlungsblöcke können mindestens einen ersten SCR-Katalysator 190, der in Richtung des ersten Endes 174 der Hülse angeordnet ist, und einen zweiten SCR-Katalysator 192, der in Richtung des zweiten Endes 176 angeordnet ist, enthalten, wenngleich bei anderen Ausführungsformen unterschiedliche Anzahlen von Katalysatoren enthalten sein können. Da die komplementäre Form der SCR-Katalysatoren und der Hülse 170, genauer gesagt, ein Gleitsitz zwischen einer in Umfangsrichtung verlaufenden Rippe 169 an den SCR-Katalysatoren und einer röhrenförmigen Innenwand der Hülse vorliegt, können die Katalysatoren konzentrisch mit der Hülsenlängsachse 172, die durch die längliche Hülse festgelegt wird, ausgerichtet werden. Um zu verhindern, dass die SCR-Katalysatoren 164 unbeabsichtigt aus der Hülse 170 austreten, können ein erster und ein zweiter Halter 200, 202 jeweils an dem ersten und dem zweiten Ende 174, 176 der Hülse angebracht sein. Da jedoch die SCR-Katalysatoren 164 möglicherweise für eine Wartung und einen Austausch aus der Hülse 170 entnommen werden müssen, ist zumindest ein Teil des ersten Halters 200 ohne Weiteres von dem ersten Ende 174 abnehmbar, so dass ein Bediener durch die Hülsenöffnung 178 auf die SCR-Katalysatoren zugreifen kann.
Zum Ermöglichen des lösbaren Eingriffs mit der Hülse 170 auf die vorher beschriebene Weise enthält der erste Halter 200 einen unverlierbaren Ring 210, der dem ersten Ende 174 der Hülse zugeordnet ist und mit einem Haltering 230, der einen Teil der Hülsenöffnung 178 blockieren kann, verbunden bzw. von diesem gelöst werden kann. Insbesondere kann der unverlierbare Ring 210 das erste Ende 174 umgeben und wird daran als ein im Allgemeinen lose gepasster bzw. angebrachter Kranz gehalten. Zum Halten des unverlierbaren Rings 210 an dem ersten Ende 174 kann die Hülse 170 eine sich in Umfangsrichtung erstreckende und radial nach außen vorstehende Sicke 180 enthalten, die die Achsenlinie 172 umgibt und in Richtung der Hülsenöffnung 178 angeordnet ist. Die Sicke 180 kann einen Sickendurchmesser 182 aufweisen, der größer ist als ein Innendurchmesser eines unverlierbaren Rings, so dass sich der unverlierbare Ring nicht über die Sicke bewegen kann. Ein möglicher Vorteil des Festhaltens des unverlierbaren Rings an dem ersten Ende auf die vorher beschriebene Weise besteht darin, dass der lose angebrachte Ring eine thermische Ausdehnung und ein Zusammenziehen der Hülse während eines Betriebs ermöglicht.
Der Haltering 230 kann eine Form aufweisen, die ähnlich zu der des unverlierbaren Rings 210 ist, jedoch mit einem Innendurchmesser 234 des Halterings, der kleiner ist als der Hülsendurchmesser 179, der der Hülsenöffnung 178 der Hülse 170 zugeordnet ist. Zum Verbinden des unverlierbaren Rings 210 und des Halterings 230 miteinander wird der Haltering 230 benachbart zu der Hülsenöffnung 178 in Anlage an dem distalen ersten Ende 174 der Hülse 170 platziert. Der lose angepasste unverlierbare Ring 210 kann bezüglich des Halterings 230 gedreht werden, so dass mehrere Ösen 220, die in Umfangsrichtung an dem unverlierbaren Ring angeordnet sind, mit entsprechenden Zungen 240, die in Umfangsrichtung an dem Haltering angeordnet sind, ausgerichtet werden. Befestigungselemente 250 können durch in den Zungen vorgesehene Bohrungen und in mit einem Gewinde versehene Löcher in den Ösen 220 eingeführt werden. Da die Befestigungselemente den lose angebrachten unverlierbaren Ring in Eingriff nehmen, kann der erste Halter 200 größere thermische Spannungen aufnehmen als eine Anordnung, bei der die Befestigungselemente in direktem Eingriff mit dem ersten Ende 174 der Hülse 170 sind. Ein Anziehen der Befestigungselemente 250 zieht den unverlierbaren Ring 210 in axialer Richtung zu dem Haltering 230, bis das ringförmige Band 212 des unverlierbaren Rings an der Sicke 180 anstößt, was eine weitere axiale Bewegung des unverlierbaren Rings bezüglich der Hülsenachse 172 verhindert. Der erste Halter 200 ist somit an der Hülse 170 angebracht.
Aufgrund des geringeren Innendurchmessers 234 des Halterings im Vergleich zu dem Hülsendurchmesser 179 kann sich ein Teil des Halterings radial nach innen erstrecken und zumindest einen Teil der Hülsenöffnung 178 in der Hülse 170 blockieren. Da der Haltering 230 in einer konzentrischen Ausrichtung mit der Hülse 170 und den darin vorgesehenen SCR-Katalysatoren gehalten wird, erstreckt sich der innere Rand des Halterings 230 bezüglich der Hülsenöffnung 178 radial nach innen und kann den röhrenförmigen Mantel 330 des ersten SCR-Katalysators 190, der in dem ersten Ende 174 der Hülse ausgerichtet ist, berühren und an diesem anliegen. Dementsprechend blockiert der Haltering die SCR-Katalysatoren, so dass diese nicht aus der Hülsenöffnung austreten können, wodurch der Katalysator in der Hülse gehalten wird.
Wenn die Gesamtlänge der SCR-Katalysatoren 164 allgemein mit der axialen Länge der Hülse 170 übereinstimmt, kann eine Anlage zwischen dem Haltering 230 und den Nachbehandlungsblöcken eine axiale Bewegung der Katalysatoren begrenzen und möglicherweise eine axiale Kompressionskraft durch die benachbarten Katalysatoren leiten, so dass eine Relativbewegung zwischen den Katalysatoren, die zu einer Beschädigung führen könnte, verhindert wird. Die axiale Kraft kann durch die anliegenden Mäntel der SCR-Katalysatoren anstelle der relativ schwächeren Substratmatrizen übertragen werden, so dass eine Beschädigung der Matrizen vermieden wird. Bei Ausführungsformen, die Dichtungen 194 zwischen den SCR-Katalysatoren enthalten, kann die Kompressionskraft eine gasdichte Abdichtung zwischen benachbarten Katalysatoren ermöglichen. Ferner können bei Ausführungsformen, die die Kompressionskörper 280 verwenden, die in Umfangsrichtung angeordneten Kompressionskörper unterschiedlich stark zusammengedrückt werden, um Toleranzen zwischen den SCR-Katalysatoren zu berücksichtigen. Die Federkräfte, die von den Kompressionskörpern 280 ausgeübt werden, können eine thermische Ausdehnung und ein Zusammenziehen der Katalysatoren kompensieren und ferner einem Kriechen oder einer Verformung der Komponenten im Laufe der Zeit Rechnung tragen.
Zum Abnehmen des ersten Halters 200, beispielsweise zum Entnehmen und Austauschen eines verbrauchten Nachbehandlungsblocks, können die Befestigungselemente 250 zum Trennen des Halterings 230 von dem unverlierbaren Rings 210 gelöst werden. Die SCR-Katalysatoren 164 können durch die freigegebene Hülsenöffnung 178 entnommen und eingesetzt werden. Wenn möglich, können die Befestigungselemente 250 erneut zum erneuten Verbinden des unverlierbaren Rings 210 und des Halterings 230 verwendet werden. Aufgrund der Betriebsbedingungen des Nachbehandlungsmoduls, einschließlich eines Einflusses von heißen Abgasen und eines möglicherweise korrodierenden Reduktionsmittels, können die Metallkomponenten im Laufe der Zeit verschleißen, wobei benachbarte Oberflächen der Komponenten auf einer mikroskopischen Skala aneinanderhaften und ein Materialtransfer oder eine Verbindung zwischen den Komponenten stattfindet. Eine andere Möglichkeit ist die, dass möglicherweise korrodierende Zusammensetzungen der Abgase und/oder des Reduktionsmittels die Komponenten der Klemmanordnung zusammen korrodieren können. In solchen Fällen kann es notwendig sein, die Befestigungselemente 250 beispielsweise mit Schneidwerkzeugen, Sägen, Fräsen, Schneidbrennern und dergleichen zu trennen. Die relativ kostengünstigen Befestigungselemente können durch ein Befestigungselement eines Ersatzteilkits oder dergleichen ersetzt werden.
Es ist offensichtlich, dass die vorangegangene Beschreibung Beispiele für das offenbarte System und die offenbarte Technik gibt. Es ist jedoch vorgesehen, dass andere Implementierungen der Offenbarung sich im Detail von den vorangegangenen Beispielen unterscheiden können. Alle Bezugnahmen auf die Offenbarung oder Beispiele für diese sollen auf das bestimmte Beispiel Bezug nehmen, das an der jeweiligen Stelle erörtert wird, und sollen keine Beschränkung des Schutzbereichs der Offenbarung im Allgemeinen implizieren.
Alle Ausdrücke zur Unterscheidung und Wertung in Bezug auf bestimmte Merkmale sollen einen Mangel einer Bevorzugung der Merkmale angeben, diese jedoch nicht vollständig von dem Schutzbereich der Offenbarung ausnehmen, solange nichts anderes angegeben ist.
Wertebereiche sollen lediglich dazu dienen, auf jeden einzelnen separaten Wert in dem Wertebereich Bezug zu nehmen, sofern hierin nichts anderes angegeben ist, und jeder separate Wert ist in der Beschreibung enthalten, als ob er einzeln aufgeführt wäre. Alle hierin beschriebenen Verfahren können in einer beliebigen Reihenfolge durchgeführt werden, sofern nichts anderes angegeben ist oder sich aus dem Zusammenhang ergibt.
Die Verwendung der Bezeichnungen „ein” und „der/die/das” und „mindestens” in Zusammenhang mit der Beschreibung der Erfindung (insbesondere in Zusammenhang mit den vorliegenden Ansprüchen) sollen sowohl die Einzahl als auch die Mehrzahl abdecken, sofern hierin nichts anderes angegeben ist oder der Zusammenhang eindeutig etwas anderes besagt. Die Verwendung der Bezeichnung „mindestens”, gefolgt von einer Liste, die aus einem oder mehreren Gegenständen besteht (beispielsweise „mindestens A oder B”) bedeutet, dass einer der aufgeführten Gegenstände (A oder B) oder eine Kombination von zwei oder mehr der aufgeführten Gegenstände (A und B) gemeint ist, sofern hierin nichts anderes angegeben ist oder der Zusammenhang etwas anderes besagt.
Dementsprechend beinhaltet diese Offenbarung alle Modifikationen und Äquivalente des Gegenstands der Ansprüche. Ferner ist eine beliebige Kombination der vorher beschriebenen Elemente in allen möglichen Variationen offenbart, sofern hierin nichts anderes angegeben ist oder der Zusammenhang eindeutig etwas anderes besagt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7919052 [0004]

Claims

Nachbehandlungsmodul mit: mindestens einer Hülse (170), die sich entlang einer Hülsenachse (172) zwischen einem ersten Ende (174) und einem gegenüberliegenden zweiten Ende (176) erstreckt, wobei die mindestens eine Hülse (170) eine Hülsenöffnung (178) an dem ersten Ende (174) und eine Sicke (180) in der Nähe des ersten Endes enthält, die um die Hülsenachse (172) radial nach außen vorsteht; einem Rahmen (166) mit einer ebenen Fläche (167) senkrecht zu der Hülsenachse (172), der die mindestens eine Hülse (170) derart aufnimmt, dass sich das erste Ende (174) von der ebenen Fläche (167) erstreckt und die Sicke (180) in axialer Richtung von der ebenen Fläche beabstandet ist; einem oder mehreren Nachbehandlungsblöcken (164), die in die mindestens eine Hülse (170) eingesetzt sind, wobei jeder der Nachbehandlungsblöcke (164) eine Substratmatrix (310) und einen Mantel (330) enthält, der um die Substratmatrix (310) angeordnet ist; einem unverlierbaren Ring (210), der um die Hülse (170) angeordnet und in axialer Richtung zwischen der ebenen Fläche (167) und der Hülse (180) positioniert ist; und einem Haltering (230), der benachbart zu dem ersten Ende (174) angeordnet und mit dem unverlierbaren Ring (210) verbunden ist, wobei der Haltering (230) derart geformt ist, dass ein Teil des Halterings (230) über einem Teil der Hülsenöffnung (178) angeordnet ist.
Nachbehandlungsmodul nach Anspruch 1, bei dem die Hülse (170) ein röhrenförmiger Zylinder ist und der unverlierbare Ring (210) und der Haltering (230) allgemein ringförmig sind.
Nachbehandlungsmodul nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der unverlierbare Ring (210) um die Hülsenachse (172) frei drehbar ist, wenn er nicht mit dem Haltering (230) verbunden ist.
Nachbehandlungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Haltering (230) einen Innendurchmesser (234) enthält, der kleiner ist als ein Hülsendurchmesser (179) der Hülsenöffnung (178), so dass der Teil des Halterings (230), der über der Hülsenöffnung (197) angeordnet ist, an dem Mantel (330) des einen oder der mehreren Nachbehandlungsblöcke (164) anliegt.
Nachbehandlungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der unverlierbare Ring (210) und der Haltering (230) durch mehrere Befestigungselemente (250) miteinander verbunden sind.
Nachbehandlungsmodul nach Anspruch 5, bei dem der Haltering (230) mehrere Bohrungen (242) enthält, die jeweils zum Aufnehmen eines Befestigungselements (250) ausgebildet sind, so dass das Befestigungselement (250) im Allgemeinen parallel mit der Hülsenachse (172) ausgerichtet ist; und bei dem der unverlierbare Ring (210) mehrere Ösen (220) enthält, die jeweils zum Empfangen des in einer Bohrung (242) aufgenommenen Befestigungselements (250) ausgebildet sind.
Nachbehandlungsmodul nach Anspruch 6, ferner mit einem Kompressionskörper (280), der zwischen der Bohrung (242) und einer Öse (220) angeordnet ist.
Nachbehandlungsmodul nach Anspruch 7, bei dem der Kompressionskörper (280) mehrere zusammendrückbare Sicken (290) enthält, die bezüglich des Kompressionskörpers (280) in Längsrichtung angeordnet sind.
Verfahren zum Halten eines Nachbehandlungsblocks in einem Nachbehandlungsmodul, mit folgenden Schritten: Bereitstellen einer Hülse (170), die in einem Nachbehandlungsmodul angeordnet ist, und eines unverlierbaren Rings (210), der lose um ein erstes Ende der Hülse (170) angeordnet ist; Einsetzen eines oder mehrerer Nachbehandlungsblöcke (164) durch eine Hülsenöffnung (178) in dem ersten Ende (174) der Hülse (170); Positionieren eines Halterings (230) in der Nähe des ersten Endes (174), so dass ein Teil des Halterings (230) einen Teil der Hülsenöffnung (178) blockiert; und Verbinden des unverlierbaren Rings (210) und des Halterings (230).
Verfahren nach Anspruch 9, ferner beinhaltend das in Anlage Bringen des unverlierbaren Rings (210) an einer Sicke (180), die von der Hülse (170) nach außen vorsteht, so dass eine Bewegung des unverlierbaren Rings (210) bezüglich der Hülse (170) begrenzt wird.