DE102018122042A1

DE102018122042A1 - Bauteil einer Abgasanlage sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauteils

Info

Publication number: DE102018122042A1
Application number: DE102018122042.1A
Authority: DE
Inventors: Marco Bauer
Original assignee: Faurecia Emissions Control Technologies Germany GmbH
Current assignee: Faurecia Emissions Control Technologies Germany GmbH
Priority date: 2018-09-10
Filing date: 2018-09-10
Publication date: 2020-03-12
Also published as: US11814994B2; WO2020053135A1; US20230137759A1; CN112654769A

Abstract

Es wird ein Bauteil einer Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine beschrieben, das eine Wandung aufweist, in der mindestens eine Öffnung vorgesehen ist. Eine perforierte Abdeckung (16) verschließt dabei die Öffnung zumindest teilweise, wobei die Abdeckung (16) mittels eines Halters (18) an der Wandung angebracht ist und ein Abschnitt (32, 34) der Abdeckung (16) in eine am Halter (18) vorgesehene Öffnung (28, 30) eingreift. Zudem werden eine Abgasanlage mit einem derartigen Bauteil sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauteils vorgestellt, bei dem die Abdeckung (16) am Halter (18) montiert wird, indem zumindest ein Abschnitt (32, 34) der Abdeckung (16) in eine am Halter (18) vorgesehene Öffnung (28, 30) eingebracht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauteil einer Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einer Wandung, in der mindestens eine Öffnung vorgesehen ist, und einer perforierten Abdeckung, die die Öffnung zumindest teilweise verschließt.
Zudem betrifft die Erfindung eine Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem derartigen Bauteil und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauteils.
Bei dem Bauteil einer Abgasanlage kann es sich um ein abgasführendes Rohr oder um ein abgasführendes Gehäuse handeln, in welchem beispielsweise ein Katalysatorsubstrat oder ein Partikelfilter angeordnet ist. Auch kann das abgasführende Gehäuse ein Schalldämpfergehäuse sein.
Bei der Verbrennungskraftmaschine handelt es sich insbesondere um einen Motor für ein Kraftfahrzeug, der nach dem Otto-Prinzip oder nach dem Diesel-Prinzip arbeitet.
Beispiele für Bauteile der eingangs genannten Art finden sich in der DE 10 2015 113 159 A1 . Die von der perforierten Abdeckung abgedeckte Öffnung in der Wandung des Bauteils dient der Schalldämpfung, wenn das Bauteil von Abgas durchströmt wird. Aufgrund des (wenn auch geringen) Gasdurchsatzes durch die Perforation der Abdeckung entstehen weniger Resonanzen durch stehende Wellen innerhalb des Bauteils. Außerdem können turbulente Strömungen im Abgasfluss gedämpft und in laminare Strömungen umgewandelt werden, was den Anteil hoher Frequenzen im Frequenzspektrum verringert.
Die perforierte Abdeckung kann ein Blech sein, das mit einer großen Anzahl kleiner Öffnungen versehen ist. Der Perforationsgrad liegt in der Größenordnung von 1 % bis maximal 10 % der Gesamtfläche der Abdeckung, insbesondere im Bereich von 4 % bis 8 %. Jede einzelne Pore hat eine Flächengröße im Bereich zwischen 0,02 mm² und 2 mm², vorzugsweise im Bereich von 0,04 mm² bis 1 mm².
Die perforierte Abdeckung wird üblicherweise mit der Wandung des abgasführenden Bauteils verschweißt. Hierdurch ergibt sich eine zuverlässige Befestigung mit der gewünschten hohen Lebensdauer. Allerdings hat sich herausgestellt, dass bei den auftretenden Wärmedehnungen hohe Belastungen auf die perforierte Abdeckung wirken können. Die Belastungen der perforierten Abdeckung wirken sich umso kritischer aus, je höher der Unterschied des Wärmeausdehnungskoeffizienten der Komponenten ist. Ein Beispiel für unterschiedliche Wärmeausdehnungen sind ferritische Stahllegierungen einerseits, wie sie für die abgasführenden Bauteile verwendet werden können, und austenitische Stahllegierungen andererseits, die für die perforierte Abdeckung verwendet werden. Vor diesem Hintergrund wird in der DE 10 2015 113 159 A1 vorgeschlagen, die perforierte Abdeckung mittels eines Halters und unter Vorsehen eines Spiels an der Wandung anzubringen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, bekannte Bauteile von Abgasanlagen weiter zu verbessern. Insbesondere sollen diese Bauteile schnell und einfach herstellbar und dadurch kostengünstig sein.
Die Aufgabe wird durch ein Bauteil der eingangs genannten Art gelöst, bei dem ein Halter vorgesehen ist, mittels dem die perforierte Abdeckung an der Wandung des Bauteils angebracht ist und ein Abschnitt der Abdeckung in eine am Halter vorgesehene Öffnung eingreift. Dabei wird unter einer Öffnung jede lokale Kavität oder jeder lokale Durchbruch am Halter verstanden. Bevorzugt handelt es sich bei der Öffnung jedoch um eine Durchgangsöffnung, also einen Durchbruch durch einen Abschnitt des Halters, der zwei entgegengesetzte Seiten des Halters miteinander verbindet. Das Eingreifen des Abschnitts der Abdeckung in die Öffnung bedeutet dabei, dass der Abschnitt zumindest ausgehend von einer Seite in die Öffnung hineinragt. Optional kann der Abschnitt auf einer entgegengesetzten Seite auch wieder aus der Öffnung hinausragen. Durch das Eingreifen des Abschnitts der Abdeckung in die Öffnung ist die Abdeckung am Halter befestigt. Bevorzugt handelt es sich dabei um eine formschlüssige Befestigung. Es ergibt sich eine die Abdeckung und den Halter umfassende Baugruppe, die separat von den übrigen Komponenten des Bauteils einer Abgasanlage gehandhabt werden kann. Dadurch, dass die Abdeckung mit dem Halter verbunden ist, kann diese Baugruppe schnell und einfach an der zugehörigen Wandung befestigt werden. Es resultiert insgesamt also eine schnelle und einfache Herstellbarkeit des erfindungsgemäßen Bauteils. Vorteilhaft ist zudem, dass der Abschnitt der Abdeckung schnell und insbesondere werkzeugfrei in die zugehörige Öffnung am Halter eingebracht werden kann. Dadurch wird die Herstellung des erfindungsgemäßen Bauteils weiter vereinfacht und beschleunigt.
Für den Fall, dass der Abschnitt auch wieder aus der Öffnung hinausragt, kann der hinausragende Teil des Abschnitts für eine visuelle Kontrolle der korrekten Position der Abdeckung am Halter verwendet werden. Eine derartige Kontrolle kann mittels des menschlichen Auges oder automatisiert stattfinden. In beiden Varianten wird überprüft, ob ein Teil des Abschnitts aus der Öffnung hinausragt. Zusätzlich oder alternativ kann kontrolliert werden, wie weit der Teil des Abschnitts aus der Öffnung herausragt. Anhand dieser Erkenntnisse wird auf eine Position der Abdeckung am Halter zurückgeschlossen.
In einer bevorzugten Ausführungsform verschließt die Abdeckung die Öffnung vollständig. Es kann also im Vergleich zu einer lediglich teilweise verschlossenen Öffnung relativ wenig Abgas aus dem Inneren des erfindungsgemäßen Bauteils über die Öffnung entweichen. Dennoch stellen sich die bereits eingangs genannten Effekte der Schalldämpfung ein.
Der Halter kann ein geprägtes und/oder gestanztes Blechbauteil sein. Solche Bauteile sind mit standardmäßigen Produktionsanlagen kostengünstig in hohen Stückzahlen herstellbar. Bevorzugt weist der Halter dabei eine Wandstärke von 0,8 mm bis 1,2 mm, insbesondere eine Wandstärke in der Größenordnung von 1 mm auf. In diesem Wandstärkebereich liegt ein guter Kompromiss zwischen einer einfachen und kostengünstigsten Herstellbarkeit des Halters und einer ausreichenden mechanischen Stabilität desselben, sodass mittels des Halters die Abdeckung zuverlässig an der Wandung befestigt werden kann.
Die Abdeckung hat vorteilhafterweise eine Wandstärke in einer Größenordnung von weniger als 1,0 mm, insbesondere eine Wandstärke in einer Größenordnung von weniger als 0,5 mm. Es hat sich herausgestellt, dass dieser Wandstärkebereich einen guten Kompromiss zwischen der mechanisch notwendigen Stabilität der Abdeckung und einem guten Wirkungsgrad der vorgenannten akustischen Effekte darstellt.
Bevorzugt greifen zumindest zwei Abschnitte der Abdeckung in jeweils voneinander separate Öffnungen am Halter ein, insbesondere wobei die zumindest zwei Abschnitte auf im Wesentlichen entgegengesetzten Seiten der Abdeckung angeordnet sind. Dabei ist die Anzahl an Abschnitten der Abdeckung, die in jeweils zugeordnete Öffnungen am Halter eingreifen, grundsätzlich frei wählbar. Es können auch drei oder vier solcher Abschnitte vorgesehen sein. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass mit zwei Abschnitten die Abdeckung bereits zuverlässig am Halter befestigbar ist. Eine besonders hohe Zuverlässigkeit lässt sich erreichen, wenn die beiden Abschnitte auf im Wesentlichen entgegengesetzten Seiten der Abdeckung angeordnet sind und somit auch in jeweils zugeordnete, auf entgegengesetzten Seiten des Halters vorgesehene Öffnungen eingreifen. Die Abdeckung kann in diesem Zusammenhang derart dimensioniert sein, dass die beiden Abschnitte durch ein relatives Verschieben der Abdeckung zum Halter nicht mehr vollständig aus den zugeordneten Öffnungen herausrutschen können. Die Abdeckung ist also besonders sicher am Halter befestigt.
Gemäß einer Variante ist zumindest einer der Abschnitte der Abdeckung, der in eine zugehörige Öffnung eingreift, eine Ecke der Abdeckung und/oder ein Fortsatz der Abdeckung, insbesondere wobei alle Abschnitte der Abdeckung, die in zugehörige Öffnungen eingreifen, Ecken der Abdeckung oder Fortsätze der Abdeckung sind. Unter einem Fortsatz wird dabei ein Abschnitt der Abdeckung verstanden, der ausgehend von einer globalen Geometrie der Abdeckung, also zum Beispiel einer Vierecksform oder einer Kreisform, über diese hervorsteht. Der Fortsatz kann also auch als Überstand oder Lasche bezeichnet werden. Solche Fortsätze können vergleichsweise einfach hergestellt werden. Noch einfacher ist es, wenn die Abschnitte der Abdeckung Ecken sind. Diese verursachen keinen zusätzlichen Herstellungsaufwand.
Die vorgenannten Fortsätze können an Ecken der Abdeckung vorgesehen sein, müssen aber nicht. Insbesondere sind die Fortsätze an Kantenabschnitten der Abdeckung platziert, die jeweils zwischen zwei Ecken verlaufen.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gebildet, dass zwei entgegengesetzte Ecken der Abdeckung in jeweils zugeordnete, voneinander separate Öffnungen des Halters eingreifen. Die Ecken sind beispielsweise diagonal entgegengesetzt. Auch können zwei benachbarte Ecken der Abdeckung in jeweils zugeordnete, voneinander separate Öffnungen des Halters eingreifen.
Alternativ hierzu kann an zwei entgegengesetzten Kanten der Abdeckung jeweils ein Fortsatz vorgesehen sein, wobei die beiden Fortsätze in jeweils zugeordnete, voneinander separate Öffnungen des Rahmens eingreifen.
Zudem kann der Halter einen Lagerungsabschnitt aufweisen, der die Abdeckung in einer Richtung senkrecht zur Wandung hintergreift. Ein solcher Lagerungsabschnitt kann als Lasche, Zunge, Vorsprung oder Nase am Halter ausgeführt sein. Durch das Hintergreifen ist die Abdeckung in einer Richtung senkrecht zur Wandung festgelegt. In Kombination mit der Tatsache, dass ein Abschnitt der Abdeckung in eine Öffnung am Halter eingreift, ergibt sich so eine einfache und zuverlässige Befestigung der Abdeckung am Halter. Dabei ist der Halter strukturell einfach aufgebaut, sodass er kostengünstig herstellbar ist.
Der Halter und die Abdeckung können stoffschlussfrei und/oder ausschließlich formschlüssig miteinander gekoppelt sein. Es kann also vollständig auf stoffschlüssige Verbindungen verzichtet werden. In diesem Zuge kann selbstverständlich auch auf Maschinen und Anlagen verzichtet werden, die für die Herstellung stoffschlüssiger Verbindungen notwendig sind. Dadurch wird die Herstellung des erfindungsgemäßen Bauteils vereinfacht. Insbesondere wird in diesem Zusammenhang auf Schweiß- und Lötverfahren verzichtet, was dazu führt, dass damit verbundene thermische Belastungen der zu fügenden Komponenten eliminiert werden. Eine zuverlässige Verbindung des Halters mit der Abdeckung ist dennoch gewährleistet, nämlich bevorzugt über eine formschlüssige Kopplung. Der Halter und die Abdeckung können also als Baugruppe vormontiert werden. Dies vereinfacht und beschleunigt das zugeordnete Herstellungsverfahren.
In einer Ausführungsform ist der Halter ein Rahmen, der an der Wandung angebracht ist und den Außenrand der Abdeckung umgibt. Auf diese Weise ist die perforierte Abdeckung zuverlässig in allen Richtungen am Bauteil befestigt.
In einer Alternative ist die Abdeckung in einer Richtung senkrecht zur Wandung im Wesentlichen spielfrei am Halter gelagert. Die Abdeckung kann sich also senkrecht zur Wandung im Wesentlichen nicht gegenüber dem Halter bewegen. Die Abdeckung schließt somit die Öffnung der Wandung zuverlässig. Die spielfreie Lagerung in dieser Richtung schließt dabei nicht aus, dass die Abdeckung in anderen Richtungen beweglich am Halter gelagert ist. Die Abdeckung ist also insbesondere nicht am Halter verpresst oder geklemmt.
Gemäß einer Variante ist ein Spiel zwischen dem Halter und der Abdeckung vorgesehen, sodass die Abdeckung parallel zur Wandung des Bauteils verschiebbar ist. Die perforierte Abdeckung ist also so am Bauteil befestigt, dass wärmebedingte Ausdehnungen und daraus resultierende Verschiebungen relativ zum Halter und zur Wandung des Bauteils zugelassen werden. Dabei ist die perforierte Abdeckung mit einer Art Schiebepassung am Bauteil angebracht.
Für den Fall, dass der Abschnitt auch wieder aus der Öffnung hinausragt, kann das vorgenannte Spiel und/oder die vorgenannte Beweglichkeit der Abdeckung dadurch kontrolliert werden, dass entweder manuell oder maschinell eine Kraft auf den hinausragenden Teil des Abschnitts ausgeübt und so eine Verschiebung der Abdeckung herbeigeführt wird. Reagiert die Abdeckung auf diese Kraft nicht mit einer Positionsänderung, ist sie eventuell in unerwünschter Weise am Halter verklemmt.
Dabei kann das Spiel zwischen einer Stirnseite der Abdeckung und einer der Stirnseite im Abstand gegenüberliegenden Anschlagfläche des Halters gebildet sein. Auch wenn es ausreicht, dass das Spiel an einer Seite der Abdeckung vorhanden ist, ist idealerweise ein Spiel in jeder Richtung parallel zur Wandung vorhanden, um die Ausdehnung der Abdeckung in jeder Richtung zu ermöglichen. Es kann sich somit die Abdeckung unabhängig vom Halter ausdehnen oder zusammenziehen.
In diesem Zusammenhang kann der Halter einen Montageabschnitt aufweisen, der an der Wandung angebracht ist, und einen Halteabschnitt für die Abdeckung, der in einer Richtung senkrecht zur Wandung betrachtet gegenüber dem Montageabschnitt versetzt ist, wobei die Anschlagfläche durch eine Stufe am Übergang vom Montageabschnitt zum Halteabschnitt gebildet ist. Der Halter kann dadurch einlagig und somit strukturell einfach ausgeführt sein. Der Montageabschnitt kann beispielsweise mit der Wandung verschweißt oder verlötet werden.
Vorteilhafterweise ist bzw. sind die Öffnung oder die Öffnungen am Übergang vom Montageabschnitt zum Halteabschnitt vorgesehen, insbesondere wobei die Öffnung oder die Öffnungen in einem Eckbereich des Halters angeordnet ist bzw. sind. Wie bereits erläutert ist die Öffnung oder sind die Öffnungen derart am Halter angeordnet, dass zugeordneten Abschnitte der Abdeckung in die Öffnungen eingreifen können. Wenn die Abschnitte der Abdeckung Ecken sind, sind bevorzugt die Öffnungen auch in Eckbereichen des Halters angeordnet. Die Kantenbereiche der Abdeckung verlaufen bei dieser Ausführungsform in der Nähe des Übergangs vom Montageabschnitt zum Halteabschnitt des Halters. Durch diese Gestaltung kann das Bauteil vergleichsweise kompakt und leicht aufgebaut werden. Zudem können in den genannten Bereichen die Öffnungen einfach und kostengünstig in den Halter eingebracht werden.
In einer Gestaltungsalternative umfassen der Halter und die Abdeckung Materialien mit unterschiedlichem Wärmeausdehnungsverhalten. Es kann somit für die Abdeckung dasjenige Material verwendet werden, das am besten für die der Abdeckung zugeordneten Aufgaben geeignet ist. Auf das Wärmeausdehnungsverhalten braucht dabei nicht geachtet zu werden. Gleiches gilt für den Halter. Somit kann insgesamt sowohl für den Halter als auch für die Abdeckung das am besten geeignete Material verwendet werden, wodurch eine hohe Qualität und Funktionalität des Bauteils der Abgasanlage gewährleistet ist. Wie bereits erläutert, kann unterschiedliches Wärmeausdehnungsverhalten durch das vorgesehene Spiel kompensiert werden.
Dabei kann der Halter eine ferritische Stahllegierung umfassen und/oder die Abdeckung eine gegen Heißgaskorrosion und Nasskorrosion beständigen Legierung umfassen, insbesondere eine austenitische oder ferritische Stahllegierung, und/oder die Wandung eine ferritische Stahllegierung umfassen. Diese Materialien sind für die jeweils zugeordneten Bauelemente besonders gut geeignet.
Auch wird die Aufgabe durch eine Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine gelöst, die ein erfindungsgemäßes Bauteil umfasst. Insbesondere aufgrund der schnellen und einfachen Herstellbarkeit des erfindungsgemäßen Bauteils ist auch die Abgasanlage insgesamt vergleichsweise schnell und einfach herstellbar. Damit ist die Abgasanlage auch relativ kostengünstig.
Ferner wird die Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das die folgenden Schritte umfasst:

a) Montieren einer perforierten Abdeckung an einem Halter, indem zumindest ein Abschnitt der Abdeckung in eine am Halter vorgesehene Öffnung eingebracht wird, und anschließendes
b) Befestigen der die Abdeckung und den Halter umfassenden Baugruppe an einer Wandung, sodass die Abdeckung eine in der Wandung vorgesehene Öffnung zumindest teilweise verschließt.

Das Einbringen der Abschnitte der Abdeckung in die Öffnungen am Halter kann dabei schnell und einfach erfolgen. Bevorzugt wird hierfür keinerlei Werkzeug benötigt. Ebenso ist es denkbar, eine Montagevorrichtung einzusetzen und mit deren Hilfe die Abdeckung manuell, teilautomatisiert oder vollautomatisiert am Halter zu montieren. Die Abdeckung und der Halter bilden dann eine zusammenhängende Baugruppe, was deren Handhabung und Positionierung an der Wandung erleichtert. Insbesondere kann so die Baugruppe präzise an der Wandung befestigt werden. Insgesamt kann das Verfahren also schnell ablaufen und ist aufwandsarme durchführbar.
Im Rahmen des Schritts b) kann der Rahmen mit der Abdeckung an der Wandung verschweißt oder verlötet werden.
Während des Schritts a) kann die Abdeckung zum Einbringen des zumindest einen Abschnitts in die zugehörige Öffnung einen Biegezustand einnehmen und in einem nachfolgend eingenommenen Entspannungszustand ausschließlich formschlüssig am Halter gelagert sein. Die Abdeckung ist also im Biegezustand mit einer gewissen Last beaufschlagt, sodass ein Biegung der Abdeckung bewirkt wird. Im Entspannungszustand ist die Abdeckung verglichen mit dem Biegezustand plan, wobei nicht ausgeschlossen ist, dass die Abdeckung auch im Entspannungszustand eine gewisse Biegung aufweist, die beispielsweise einer Kontur des Halters oder der Wandung entspricht. Die im Entspannungszustand eingenommene Biegung ist jedoch gegenüber der im Biegezustand vorliegenden Biegung deutlich kleiner. Auf diese Weise kann die Abdeckung einfach und zuverlässig am Halter gelagert werden. Ein Herausrutschen der Abschnitte der Abdeckung aus einer jeweils zugeordneten Öffnung kann somit geometrisch unmöglich gemacht werden.
Alternativ oder zusätzlich können während des Schritts a) zwei entgegengesetzte Ecken der Abdeckung in jeweils eine zugeordnete Öffnung eingebracht werden. Die Abdeckung wird also derart gebogen, dass beide entgegengesetzten Ecken in jeweils zugeordnete Öffnungen eingeführt werden können. Dann wird die Abdeckung wieder in den Entspannungszustand überführt. Somit ist die Abdeckung formschlüssig am Halter gehalten.
Die Erfindung wird nachstehend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele erläutert, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind. Es zeigen:

- 1 schematisch einen Teil einer Abgasanlage mit zwei erfindungsgemäßen Bauteilen, die mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurden,
- 2 in einer Detailansicht eine eine Abdeckung und einen Rahmen umfassende Baugruppe eines der Bauteile aus 1 in einer perspektivischen Ansicht,
- 3 die Baugruppe aus 2 in einer Ansicht von oben,
- 4 die Baugruppe aus 2 in einer Unteransicht,
- 5 den Rahmen der Baugruppe aus 2 in einer der 4 entsprechenden Ansicht,
- 6 eine Alternative zur Baugruppe aus 2 in einer schematischen, der 4 entsprechenden Unteransicht,
- 7 eine weitere Alternative zur Baugruppe aus 2 in einer schematischen, der 4 entsprechenden Unteransicht,
- 8 eine zusätzlich Alternative zur Baugruppe aus 2 in einer schematischen, der 4 entsprechenden Unteransicht,
- 9 eine den Schnitten IX-IX aus 1 entsprechende Schnittansicht,
- 10 ein vergrößertes Detail X der 10, wobei die Wandung fortgelassen ist,
- 11 in einer Draufsicht eine eine Abdeckung und einen Rahmen umfassende Baugruppe eines der Bauteile aus 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform, und
- 12 eine einem Schnitt XII-XII aus 12 entsprechende Schnittansicht.

In 1 sind zwei Bauteile 10a, 10b einer Abgasanlage gezeigt. Es handelt sich beim Bauteil 10a um ein Gehäuse und beim Bauteil 10b um ein Abgasrohr, das beispielsweise dazu dient, Abgas einer Verbrennungskraftmaschine hin zu einer Umgebung zu leiten.
Im als Gehäuse ausgeführten Bauteil 10a können Komponenten angeordnet sein, mit denen das Abgas behandelt wird, beispielsweise ein Katalysatorsubstrat oder ein Partikelfilter. Alternativ kann es sich auch um das Gehäuse eines Schalldämpfers handeln.
Soweit die Bauteile 10a, 10b in einer gewissen Entfernung von den Auslassventilen der Verbrennungskraftmaschine angeordnet sind und deswegen die Temperatur des Abgases bereits etwas abgesunken ist, kann als Material für die Bauteile 10a, 10b, insbesondere für deren Wandungen 12a, 12b, eine ferritische Stahllegierung verwendet werden.
Die Wandungen 12a, 12b der Bauteile 10a, 10b sind jeweils mit einer Öffnung 14a, 14b versehen. Diese kann beispielsweise kreisförmig, rechteckig, polygonal oder oval sein und einen Flächeninhalt von einigen Quadratzentimetern haben.
Die Öffnungen 14a, 14b sind in den Ausführungsformen gemäß 1 jeweils mit einer perforierten Abdeckung 16a, 16b vollständig verschlossen.
Die perforierten Abdeckungen 16a, 16b umfassen dabei jeweils eine Metallfolie oder ein Metallblech, dessen Wandstärke beispielsweise 0,3 mm betragen kann. Sie sind mit einer Vielzahl von kleinen Perforationen versehen, wobei der Anteil der Perforationen an der Gesamtfläche der Abdeckung 16a, 16b im Bereich von 1 % bis 10 % und vorzugsweise von 4 % bis 8 % liegt. Ein Perforationsgrad von 6 % ist besonders bevorzugt.
Die Perforationen können eine Kreisform, eine Rechteckform oder eine andere Geometrie haben. Wenn ihre offene Fläche in eine Kreisform umgerechnet wird, weist sie einen Perforationsdurchmesser in der Größenordnung von 0,1 mm bis 1,5 mm auf.
Wenn die Abmessungen der Öffnungen kleiner als diese Werte sind, wird auch von einer mikroperforierten Abdeckung 16a, 16b gesprochen.
Als Material für die Abdeckungen 16a, 16b wird eine Legierung verwendet, die gegen Heißgaskorrosion und Nasskorrosion beständig ist, beispielsweise Inconel. Vorzugsweise kann eine austenitische Stahllegierung oder eine geeignete ferritische Legierung verwendet werden.
Die Wandstärke der Abdeckung 16a, 16b liegt unterhalb von 1 mm und insbesondere in der Größenordnung von 0,3 mm.
Diese Werte gelten für das Ausgangsblech. Im Hinblick auf spanende oder umformende Fertigungsverfahren, wie sie zur Herstellung der Abdeckung verwendet werden können, ist die Abdeckung nach dem Bearbeiten u. U. „dicker“, sofern man den Abstand der Oberflächenspitzen vermisst, da sich Grate ergeben können.
Die perforierten Abdeckungen 16a, 16b sind jeweils mittels eines zugeordneten Halters 18a, 18b an der zugehörigen Wandung 12a, 12b befestigt.
Dieser ist als Rahmen ausgeführt und besteht aus Blech. Vorzugsweise wird als Material eine ferritische Stahllegierung verwendet, insbesondere eine Stahllegierung mit dem gleichen thermischen Ausdehnungsverhalten wie das zugeordnete Bauteil 10a, 10b, genauer gesagt die zugeordnete Wandung 12a, 12b.
Für die nachfolgende, detaillierte Beschreibung der Bauteile 10a, 10b wird nicht mehr zwischen den beiden in 1 gezeigten Ausführungsformen differenziert. Daher werden die Bezugszeichen teilweise auch ohne die Suffixe „a“ und „b“ verwendet. Die Ausführungen gelten für die Bauteile 10a und 10b gleichermaßen.
Der Halter 18 weist einen umlaufenden Montageabschnitt 20 auf, der dafür vorgesehen ist, an der zugeordneten Wandung 12a, 12b befestigt zu werden. Innerhalb des umlaufenden Montageabschnitts 20 ist ein Halteabschnitt 22 vorgesehen. Dieser bildet den Innenrand des Halters 18 und definiert eine Aussparung 24, die eine ähnliche Größe aufweist wie die jeweils zugeordnete Öffnung 14a, 14b. Die Aussparung kann also etwas größer als die jeweils zugeordnete Öffnung 14a, 14b sein, etwas kleiner oder im Wesentlichen gleich groß.
Wie insbesondere in 10 zu sehen ist, ist der Halteabschnitt 22 in einer Richtung senkrecht zum Montageabschnitt 20 und damit auch senkrecht zur Wandung 12a, 12b gegenüber dem Montageabschnitt 20 versetzt. Der Versatz beträgt nominal mindestens die Dicke der perforierten Abdeckung 16. Es kann dabei vorkommen, dass der Versatz im Bereich der zugelassenen Toleranzen auch kleiner als die Dicke der perforierten Abdeckung 16 ist. Das steht der vorgesehenen Funktion des Bauteils 10a, 10b jedoch nicht entgegen.
Der Versatz zwischen dem Halteabschnitt 22 und dem Montageabschnitt 20 kann dadurch erzielt werden, dass ein ebener Blechzuschnitt des Halters 18 geeignet geprägt und/oder gestanzt wird.
Der Halteabschnitt 22 definiert darüber hinaus eine Aufnahme für die Abdeckung 16, die in dieser Aufnahme angeordnet werden kann. Dabei sind die Abmessungen der Abdeckung 16 so gewählt, dass diese geringfügig kleiner ist als die Aufnahme. Anders ausgedrückt verbleibt zwischen den Stirnseiten der Abdeckung 16 und einer Stufe 26, die am Übergang zwischen dem Halteabschnitt 22 und dem Montageabschnitt 20 gebildet ist, ein geringfügiges Spiel s. Dieses Spiel s liegt im Bereich von 0,2 bis 4 mm.
Wenn der Halter 18 am zugehörigen Bauteil 10a, 10b angebracht ist, kann aufgrund des Spiels s die perforierte Abdeckung 16 unterhalb des Halteabschnittes 22 parallel zur Wandung des Bauteils 10a, 10b „wandern“, und zwar bis sie jeweils an der Stufe 26 anschlägt, die als Anschlagfläche am Halter 18 für die Abdeckung 16 wirkt.
Zudem sind am Halter 18 der Ausführungsform gemäß der 2 bis 5 jeweils zwei einander entgegengesetzte Öffnungen 28, 30 vorgesehen.
In jede der Öffnungen 28, 30 greift ein zugeordneter Abschnitt 32, 34 der Abdeckung 16 ein.
In der Ausführungsform gemäß der 2 bis 5 weist die Abdeckung 16 entsprechend zwei Abschnitte 32, 34 auf, die auf entgegengesetzten Seiten der Abdeckung 16 angeordnet sind.
Bei den Abschnitten 32, 34 handelt es sich um Ecken der Abdeckung 16.
Dementsprechend sind die zugeordneten Öffnungen 28, 30 in Eckbereichen des Halters 18 angeordnet. Ferner liegen die Öffnungen 28, 30 am Übergang vom Montageabschnitt 20 zum Halteabschnitt 22.
Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß der 2 bis 5 sind bei den Ausführungsformen gemäß der 6 bis 8 die Abschnitte 32, 34 der Abdeckung 16 als benachbarte Ecken ausgeführt. Die Lage der Öffnungen 28, 30 ergibt sich entsprechend.
Bei der Ausführungsform gemäß der 6 und 7 sind die Abschnitte 32, 34 entlang einer kurzen Kante der rechteckigen Abdeckung 26 benachbart.
Dabei weist der Halter 18 bei der Ausführungsform gemäß 7 zusätzlich einen Lagerungsabschnitt 36 auf, der die Abdeckung 16 in einer Richtung senkrecht zur Wandung 12a, 12b hintergreift.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Lagerungsabschnitt 36 als im Wesentlichen rechteckiger Fortsatz ausgebildet und auf einer Innenseite des Halters 18 angeordnet. Er erstreckt sich im Wesentlichen in derselben Ebene wie der Montageabschnitt 20. Die Abdeckung 16 ist also im Bereich des Lagerungsabschnitts 36 zwischen diesem und dem Halteabschnitt 22 angeordnet.
In der Ausführungsform gemäß 8 sind die Abschnitte 32, 34 entlang der langen Kante der rechteckigen Abdeckung 16 benachbart.
Dabei können die Abdeckung 16 und der Halter 18 derart dimensioniert sein, dass die Abdeckung 16 in einem im Wesentlichen flachen Zustand der die Abdeckung 16 und den Halter 18 umfassenden Baugruppe mit ihrer in der 8 unten dargestellten Kante 38 am Halter anliegt. Insbesondere liegt die Kante 38 dabei unter einer gewissen Spannung am Halter 18 an.
Erst wenn die den Halter 18 und die Abdeckung 16 umfassende Baugruppe im Zuge der Montage an der Wandung 12a, 12b leicht gebogen wird, stellt sich in der in der 8 vertikalen Richtung ein gewisses Spiel zwischen dem Halter 18 und der Abdeckung 16 ein.
Bei der Ausführungsform gemäß der 11 und 12, die sich lediglich durch die Gestaltung der Abschnitte 32, 34 und der zugehörigen Öffnungen 28, 30 von den vorgenannten Ausführungsformen unterscheidet, sind die Abschnitte 32, 34 durch Fortsätze der Abdeckung 16 gebildet. Dabei ist in den Figuren lediglich der Abschnitt 32 dargestellt.
Über die Abschnitte 32, 34 ist in allen Ausführungsformen die Abdeckung 16 formschlüssig und stoffschlussfrei mit dem Halter 18 gekoppelt. Die Abdeckung 16 und der Halter 18 bilden somit eine Baugruppe und können gemeinsam an der zugeordneten Wandung 12a, 12b befestigt werden.
Dabei ist die Kopplung zwischen der Abdeckung 16 und dem Halter 18 derart gestaltet, dass die Abdeckung 16 in eine Richtung senkrecht zur Wandung 12 im Wesentlichen spielfrei am Halter 18 gelagert ist. Wie bereits erläutert, ist die Kopplung in Richtungen quer dazu spielbehaftet.
Der Halter 18 ist mittels seines Montageabschnittes 20 fest an der zugeordneten Wandung 12a, 12b angebracht. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Montageabschnitt an der Wandung 12a, 12b angeschweißt.
Die Herstellung der Bauteile 10a, 10b läuft folgendermaßen ab.
Zunächst wird die Abdeckung 16 am zugehörigen Halter 18 montiert, indem zumindest einer der Abschnitte 32, 34 der Abdeckung 16 in die zugehörige Öffnung 28, 30 eingebracht wird. Vorliegend werden also bei den Ausführungsformen gemäß der 2 bis 7 die Ecken der Abdeckung 16 in die Öffnungen 28, 30 eingebracht und bei der Ausführungsform gemäß der 8 und 9 der als Fortsatz ausgebildete Abschnitt 32 in die Öffnung 30.
Um die Abschnitte 32, 34 in die zugeordneten Öffnungen 28, 30 einzubringen, kann die Abdeckung 16 in einen Biegezustand überführt werden, indem eine entsprechende Kraft auf die Abdeckung 16 aufgebracht wird. Dies kann von Hand erfolgen.
Die Abschnitte 32, 34 werden dann jeweils am Eingang der zugeordneten Öffnung 28, 30 positioniert. Dann wird die Abdeckung 16 hinsichtlich der Kraft entlastet, sodass diese in einen Entspannungszustand übergeht, bei dem die Abdeckung 16 im Vergleich zum Biegezustand flach oder plan ist. Dabei werden die Abschnitte 32, 34 in die Öffnungen 28, 30 eingeführt. Wie bereits erwähnt, ist lediglich von Bedeutung, dass die Abdeckung 16 im Vergleich zum Biegezustand flach oder plan ist. Es ist durchaus möglich, dass die die Abdeckung 16 in diesem Zustand noch eine gewisse Biegung aufweist, die beispielsweise einer Kontur des Halters 18 oder der Wandung 12a, 12b entspricht.
Somit ist die Abdeckung 16 formschlüssig am Halter 18 gelagert und die Abdeckung 16 und der Halter 18 bilden eine Baugruppe.
Nachfolgend wird diese Baugruppe derart an einer zugeordneten Wandung 12a, 12b angeordnet, dass sie die Öffnung 14 verschließt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015113159 A1 [0005, 0007]

Claims

Bauteil (10a, 10b) einer Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einer Wandung (12a, 12b), in der mindestens eine Öffnung (14a, 14b) vorgesehen ist, und einer perforierten Abdeckung (16, 16a, 16b), die die Öffnung (14a, 14b) zumindest teilweise verschließt, wobei ein Halter (18, 18a, 18b) vorgesehen ist, mittels dem die perforierte Abdeckung (16, 16a, 16b) an der Wandung (12a, 12b) des Bauteils (10a, 10b) angebracht ist, und wobei ein Abschnitt (32, 34) der Abdeckung (16, 16a, 16b) in eine am Halter (18, 18a, 18b) vorgesehene Öffnung (28, 30) eingreift.
Bauteil (10a, 10b) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Abschnitte (32, 34) der Abdeckung (16, 16a, 16b) in jeweils voneinander separate Öffnungen (28, 30) am Halter (18, 18a, 18b) eingreifen, insbesondere wobei die zumindest zwei Abschnitte (32, 34) auf im Wesentlichen entgegengesetzten Seiten der Abdeckung (16, 16a, 16b) angeordnet sind.
Bauteil (10a, 10b) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Abschnitte (32, 34) der Abdeckung (16, 16a, 16b), der in eine zugehörige Öffnung (28, 30) eingreift, eine Ecke der Abdeckung (16, 16a, 16b) und/oder ein Fortsatz der Abdeckung (16, 16a, 16b) ist, insbesondere wobei alle Abschnitte (32, 34) der Abdeckung (16, 16a, 16b), die in zugehörige Öffnungen (28, 30) eingreifen, Ecken der Abdeckung (16, 16a, 16b) oder Fortsätze der Abdeckung (16, 16a, 16b) sind.
Bauteil (10a, 10b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (18, 18a, 18b) einen Lagerungsabschnitt (36) aufweist, der die Abdeckung (16, 16a, 16b) in einer Richtung senkrecht zur Wandung (12a, 12b) hintergreift.
Bauteil (10a, 10b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (18, 18a, 18b) und die Abdeckung (16, 16a, 16b) stoffschlussfrei und/oder ausschließlich formschlüssig miteinander gekoppelt sind.
Bauteil (10a, 10b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (18, 18a, 18b) ein Rahmen ist, der an der Wandung (12a, 12b) angebracht ist und den Außenrand der Abdeckung (16, 16a, 16b) umgibt.
Bauteil (10a, 10b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (16, 16a, 16b) in einer Richtung senkrecht zur Wandung (12a, 12b) im Wesentlichen spielfrei am Halter (18, 18a, 18b) gelagert ist.
Bauteil (10a, 10b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spiel (s) zwischen dem Halter (18, 18a, 18b) und der Abdeckung (16, 16a, 16b) vorgesehen ist, sodass die Abdeckung (16, 16a, 16b) parallel zur Wandung (12a, 12b) des Bauteils (10a, 10b) verschiebbar ist.
Bauteil (10a, 10b) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiel (s) zwischen einer Stirnseite der Abdeckung (16, 16a, 16b) und einer der Stirnseite im Abstand gegenüberliegenden Anschlagfläche des Halters (18, 18a, 18b) gebildet ist.
Bauteil (10a, 10b) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (18, 18a, 18b) einen Montageabschnitt (20) aufweist, der an der Wandung (12a, 12b) angebracht ist, und einen Halteabschnitt (22) für die Abdeckung (16, 16a, 16b), der in einer Richtung senkrecht zur Wandung (12a, 12b) betrachtet gegenüber dem Montageabschnitt (20) versetzt ist, und dass die Anschlagfläche durch eine Stufe (26) am Übergang vom Montageabschnitt (20) zum Halteabschnitt (22) gebildet ist.
Bauteil (10a, 10b) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (28, 30) oder die Öffnungen (28, 30) am Übergang vom Montageabschnitt (20) zum Halteabschnitt (22) vorgesehen ist bzw. sind, insbesondere wobei die Öffnung (28, 30) oder die Öffnungen (28, 30) in einem Eckbereich des Halters (18, 18a, 18b) angeordnet ist bzw. sind.
Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem Bauteil (10a, 10b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (10a, 10b) einer Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine mit den folgenden Schritten: a) Montieren einer perforierten Abdeckung (16, 16a, 16b) an einem Halter (18, 18a, 18b), indem zumindest ein Abschnitt (32, 34) der Abdeckung (16, 16a, 16b) in eine am Halter (18, 18a, 18b) vorgesehene Öffnung (28, 30) eingebracht wird, und anschließendes b) Befestigen der die Abdeckung (16, 16a, 16b) und den Halter (18, 18a, 18b) umfassenden Baugruppe an einer Wandung (12a, 12b), sodass die Abdeckung (16, 16a, 16b) eine in der Wandung (12a, 12b) vorgesehene Öffnung (14a, 14b) zumindest teilweise verschließt.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schritts a) die Abdeckung (16, 16a, 16b) zum Einbringen des zumindest einen Abschnitts (32, 34) in die zugehörige Öffnung (28, 30) einen Biegezustand einnimmt und die Abdeckung (16, 16a, 16b) in einem nachfolgend eingenommenen Entspannungszustand ausschließlich formschlüssig am Halter (18, 18a, 18b) gelagert ist.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schritts a) zwei entgegengesetzte Ecken der Abdeckung (16, 16a, 16b) in jeweils eine zugeordnete Öffnung (28, 30) eingebracht werden.