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Die
Erfindung betrifft einen radial durchströmbaren, ringförmigen Katalysatorkörper zum
Einbau in ein Schalldämpfergehäuse, eine
Abgasanlage für
einen Kleinmotor und ein Verfahren zur Herstellung des Katalysatorkörpers.
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Derartige
Kleinmotoren kommen beispielsweise in Rasenmähern, Motorsägen, Handsensenmaschinen,
Stromaggregaten und auch in Zweirädern zum Einsatz. Aufgrund
des zunehmenden Umweltbewusstseins hat sich mit der Zeit das Bedürfnis entwickelt,
die Abgasreinigung und Schalldämpfung von
Kleinmotoren ständig
zu verbessern. Die immer strenger werdenden Emissionsvorschriften
erfordern es, dass die Bauteile ständig den sich ändernden
Anforderungen angepasst werden.
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Bei
der Abgasbehandlung ist es bei solchen Geräten bisher bekannt, Katalysatorkörper radialer oder
axialer Bauart zur Reduktion der im Abgas enthaltenen Schadstoffen
zu verwenden. Unter radial bzw. axial wird dabei die Hauptströmungsrichtung des
Abgases, in welcher es den Katalysatorkörper durchströmt, verstanden.
Dazu ist es ferner bekannt, derartige Katalysatorkörper in
Form von Hohlzylindern vorzusehen. Diese Form ergibt sich herstellungsbedingt,
strömungstechnisch
oder aufgrund der vorgesehenen Befestigungsart. In der Praxis kommen
insbesondere ringförmige
Katalysatorkörper zum
Einsatz. Derartige Ringkörper
bestehen bisher meist aus gepresstem Metalldrahtgestrick oder gebogenem
Metalldrahtgewebe. Bei der praktischen Anwendung hat sich jedoch
herausgestellt, dass derartige Drahtstrukturen eine geringe mechanische
Stabilität
aufweisen, und es insbesondere im Einsatz in einem Schalldämpfergehäuse aufgrund
der dort gegebenen schwingungstechnischen und strömungstechnischen
Beanspruchungen und der Elastizität der Drahtstruktur zu Stauchungen
und Ausbauchungen kommen kann. Bei einem unter Vorspannung in dem
Schalldämpfergehäuse fixierten
Katalysatorkörper
ergeben sich zusätzliche
Belastungen auf den Katalysatorkörper.
Durch die elastischen und plastischen Verformungen einzelner Drähte bzw.
des gesamten Ringkörpers
löst sich
die katalytisch aktive Beschichtung und der Washcoat ab, wodurch
die Leistung des Katalysators herabgesetzt und dadurch die Effizienz
der Schadstoffreduktion vermindert wird. Es kann auch zu einem Aneinanderreiben
einzelner Drähte
kommen, wodurch ein Abbröckeln
bzw. Absprengen der Beschichtungen der Drähte verursacht wird. Bei Verwendung
von Drahtgewebe kommt es selbst bei einer Verlötung der Drähte ebenfalls zu Abknickungen
und Ausbauchungen. Zudem erfordern aus Draht bestehende geschlossene
Ringstrukturen einen hohen Aufwand bei der Herstellung. Als kostspielig
erweist sich ebenfalls der Transport derartig vorgefertigter Ringkörper, da
aufgrund des inneren Hohlraumes ein großer Platzbedarf erforderlich
ist.
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Als
weiterer Bestandteil bei bekannten Abgasanlagen von Kleingeräten wird
neben dem Katalysatorkörper
eine Schalldämpfungseinheit
in das Schalldämpfergehäuse eingebaut.
Die Schalldämpfungseinheit
besteht dabei in der Regel aus einem sogenannten Reflexionskörper. Das
Abgas wird in das Rohr eingeleitet und die in dem Rohr befindlichen Öffnungen
bewirken eine Brechung des Schalls und somit eine Lärmreduzierung.
Hinsichtlich der Anordnung von Katalysatorkörper und Schalldämpfereinheit
ist es üblich
diese in Reihe zu schalten, d. h. dass das Abgas nach Eintritt in
das Schalldämpfergehäuse zuerst
dem Reflexionskörper
zugeführt
wird und anschließend
den Katalysatorkörper
axial bzw. radial durchströmt.
Bei Verwendung eines Radialkatalysators wird dieser oft koaxial
und beabstandet um den Reflexionskörper herum angeordnet. Dies
erfordert eine Abstimmung der geometrischen Abmessungen der anzuordnenden
Bauteile, eine Vielzahl von Mitteln zur Befestigung der Bauteile
und eine zeitaufwendige Montage. Zudem können die Katalysatorkörper bzw.
Schalldämpfungseinheiten
nicht bei jedem Abgasanlagentyp eines Kleinmotors als Ersatz für verbrauchte
Bauteile eingesetzt werden.
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Druckschrift
DE 14 76 634 A offenbart
einen Schalldämpfer
für Abgassysteme
von Kraftfahrzeugen. Der Schalldämpfer
umfasst ein innen angeordnetes Gasrohr, welches in seiner Längserstreckung gelocht
ausgebildet ist. Diese wird durch eine Umkleidung größeren Durchmessers
so umgeben, dass zwischen der äußeren Umkleidung
und dem inneren Rohr eine Kammer ausgebildet wird. An verschiedenen
Stellen ist die äußere Umkleidung
in seiner Längserstreckung
radial bis zum inneren Rohr zusammengedrückt, wobei die zueinander angrenzenden
Bereiche so im Eingriff stehen, dass die Umkleidung an dem inneren
Rohr befestigt und dadurch getragen wird. Die zusammengedrückten Teile
unterteilen die Kammer wiederum in aneinander gereihte Dämpfungskammern. Dokument
DE 195 30 142 A1 betrifft
einen Katalysator für
Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren zum katalytischen Reinigen von
Abgasen. Dieses umfasst ein Mantelrohr, das zumindest teilweise
mit einem katalytisch aktiven Material beschichtet ist und in Teilbereichen
wellenförmig
und perforiert ausgebildet ist.
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Die
Druckschrift
JP 10-30
432 A offenbart einen radial durchströmbaren, ringförmigen Katalysatorring
in einem Schalldämpfergehäuse eines
Verbrennungsmotors, wobei der Katalysatorkörper aus einer gelochten Metallfolie
gebildet ist. Die Enden der Metallfolie sind mit einer Schweißnaht miteinander verbunden.
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Druckschrift
DE 102 24 997 A1 offenbart
Metallfolien zur Verwendung für
die Abgasreinigung sowie deren Herstellungsverfahren, wobei Öffnungen
in der Metallfolie durch Wegbiegen gebildet werden. Diese Öffnungen
sind in einer aus Bergen und Tälern gebildeten
Strukturierung der Metallfolien angeordnet.
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Dokument
US 6.604.604 B1 offenbart
einen Katalysator für
Abgase, welcher sich aus zueinander zentrierten und perforierten
Metallbechern zusammensetzt, wobei diese Becher ineinander gesteckt angeordnet
sind. Der Katalysatorkörper
umfasst dabei auch eine Schalldämpfungsfunktion.
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Der
Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen radial durchströmbaren,
ringförmigen Katalysatorkörper zu
schaffen, welcher einfach herzustellen ist, einen geringen Platzbedarf
beim Transport benötigt
und gleichzeitig die Anforderungen hinsichtlich der katalytischen
Wirkung und einer ausreichenden Stabilität erfüllt, so dass er während dem Einsatz
in einer Abgasanlage auch formstabil bleibt. Weiterhin ist es Aufgabe
der Erfindung, eine Abgasanlage zu schaffen, welche einen geringeren
Montageaufwand hat und auch eine bessere Austauschbarkeit der Bestandteile
erreicht wird. Es ist auch Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur
Herstellung des Katalysatorkörpers
zu schaffen, mit dem eine zeit- und kostenmäßig effektivere Herstellung
möglich
ist.
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Die
Aufgabe wird für
einen radial durchströmbaren,
ringförmigen
Katalysatorkörper,
welcher aus einer gelochten Metallfolie besteht, dadurch gelöst, dass
die Enden der Metallfolie mit einer lösbaren Formschlussverbindung
verbunden sind. Dadurch wird ein Katalysatorkörper mit hoher mechanischer Stabilität geschaffen,
der auch einfach und kostengünstig
herzustellen ist. Ferner weist die Metallfolie vor der Montage im
ebenen Zustand ein geringes Volumen auf und kann so platzsparender
transportiert werden. Die Stabilität der Metallfolie trägt auch
dazu bei, dass aufgebrachte katalytische Beschichtungen dauerhaft
halten. Die Aufgabe für
das Verfahren zur Herstellung des besagten Katalysatorkörpers wird dadurch
gelöst,
dass die Metallfolie ringförmig
gebogen wird und die Enden mittels einer lösbaren Formschlussverbindung
verbunden werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Lochungen der gelochten Metallfolie so zur Schallreduktion
angepasst sind, dass die Metallfolie zugleich die Funktion eines
herkömmlichen
Reflexionskörpers übernimmt.
Die zur Schallreduktion als Ersatz für eine herkömmliche Schalldämpfungseinheit
angepasste Metallfolie weist dabei neben der katalytischen Wirkung
auch gute Stabilitätseigenschaften
auf. Dadurch, dass die Lochungen zur Schallreduktion und zur Schadstoffreduktion
angepasst sind, kann auf den Reflexionskörper verzichtet werden, wodurch
ein Bauteil der Abgasanlage eingespart wird.
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Unter
dem Begriff "Metallfolie" soll jede metallische
Lage verstanden werden, die so beschaffen ist, dass die vorgesehenen
Lochungen eingebracht werden können
und diese zu einem Ring geformt werden kann. Der Begriff "Metallfolie" beinhaltet also auch
Bleche, wobei all diese Materialien auch mit einer katalytischen
Beschichtung versehen werden können.
Aus dem metallischen Basismaterial wird ein Streifen bestimmter
Abmessungen gewonnen und in die Form eines geschlossenes Ringes
gebracht.
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Der
weiterhin die Erfindung betreffende Begriff "Lochung" bezeichnet jede Art von Öffnung in
der Metallfolie. Diese kann eine runde, eckige, kreisförmige, elliptische,
schlitzförmige
und weitere lineare bzw. nichtlineare Formen aufweisen und auf bekannte
Art und Weise in die Metallfolie eingebracht werden.
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Die
Dicke der Metallfolie kann entsprechend den Anforderungen hinsichtlich
der Schadstoffbehandlung, der Schallreduktion und den aus dem Gasdruck
und der Befestigung im Schalldämpfergehäuse resultierenden
Belastungen angepasst werden.
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Mit
der erfindungsgemäßen Metallfolie
wird ein Katalysatorkörper
geschaffen, welcher einfach herzustellen ist, auch als Ersatz für einen
herkömmlichen
Reflexionskörper
dienen kann, und eine einfache Handhabung bei der Montage ermöglicht.
Ferner erlaubt die zunächst
ebene Metallfolie einen vereinfachten Transport mit geringerem Platzbedarf.
Nach endgültiger
Formgebung zu einem geschlossenen Ring wird auch eine ausreichende
Stabilität
zum Einsatz in einem Schalldämpfergehäuse erreicht.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform besteht
darin, dass zwischen den Lochungen Stege zur Versteifung der Metallfolie
angeordnet sind, die so angepasst sind, dass sie ein Ausbauchen
der Metallfolie im eingebauten Zustand verhindern. Diese Verbindungsstege
bzw. Materialbrücken
ergeben sich somit im Zusammenspiel mit der Anordnung der Lochungen
und stehen mit diesen in einem gegenseitigen Abhängigkeitsverhältnis. Die
Abmessungen und die Dicken der Stege sind so zu bemessen, dass sie
allen nach dem Einbau in das Schalldämpfergehäuse auftretenden Belastungen,
d. h. sowohl im Ruhezustand als auch im Betrieb des Gerätes, auf
Dauer widerstehen. Derartige Stege gewährleisten die Formstabilität des Katalysatorkörpers. In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird dies dadurch erreicht, dass die Stege entsprechend der auf
den Katalysatorkörper
wirkenden Kräfte
ausgerichtet sind. In der Regel treten in Richtung der Längsachse des
ringförmigen
Katalysatorkörpers
Druckkräfte
auf, insbesondere wenn dieser mit einer Vorspannung beaufschlagt
im Schalldämpfergehäuse befestigt
ist, wohingegen senkrecht dazu Zugkräfte auftreten können. Die
Stege können
auch schräg über den
Umfang des ringförmigen
Katalysatorkörpers
verlaufen. Die so gebildete gitterartige Verstrebung stabilisiert den
Katalysatorkörper
und verhindert Verquetschungen oder fassförmige Ausbauchungen. In einer
weiteren zweckmäßigen Ausführung sind
die Stege koaxial zur Längsachse
und/oder in Umfangsrichtung des Katalysatorkörpers ausgerichtet. Insbesondere bei
senkrecht aufeinander stehenden Stegrichtungen wird eine optimale
Verstrebung erreicht.
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Aus
den vorstehend beschriebenen Anforderungen hinsichtlich der auftretenden
Belastungen sowie im Hinblick auf die Abgasbehandlung und die Montage
ergeben sich bestimmte Anforderungen an die Dicke der Metallfolie.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Metallfolie
eine Dicke von 0,05 mm bis 2 mm und vorzugsweise von 0,3 mm bis
1 mm auf. Die Dicke richtet sich dabei auch nach dem gewünschten
inneren Hohlquerschnitt des Ringes bzw. bei kreisförmiger Ausbildung
nach dem gewünschten
inneren Durchmesser. Sie sollte nämlich einerseits so gewählt sein,
dass die Metallfolie noch ausreichend biegsam zur Bildung der Ringform ist
und andererseits aber auch eine ausreichende Formstabilität aufweist.
Die Metallfolie sollte des weiteren hitzebeständig ausgeführt sein und kann dazu beispielsweise
Anteile von Chrom und Aluminium aufweisen.
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Zur
Optimierung der katalytischen und/oder schalldämpfenden Wirkung ist die Metallfolie
zweckmäßigerweise
schnecken-, stern-, trapez- oder wellenförmig ausgebildet. Derartige
Formen können
einfach durch entsprechende Werkzeuge in die zunächst ebene Metallfolie eingeprägt werden.
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Die
an den Anströmkanten
bewirkten Verwirbelungen erhöhen
die Kontaktierung des Abgases mit der katalytischen Schicht und
tragen zur Brechung des Schalles bei.
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Zur
Vereinfachung der Montage und Reduzierung der dafür notwendigen
Vorrichtungen ist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
vorgesehen, dass die Enden der Metallfolie mit einer lösbaren Formschlussverbindung
verbunden sind. Dabei erweist es sich als vorteilhaft, wenn die
Enden der Metallfolie hakenförmig
ausgebildet sind und so einfach mit wenigen Handgriffen in Eingriff
gebracht werden können.
Zur Ausbildung der Haken können die
Enden der Metallfolie gegensinnig umgebogen werden.
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Als
lösbare
Formschlussverbindung ist es ebenfalls zweckmäßig, dass das eine Ende der
Metallfolie eine Ausnehmung und das andere Ende der Metallfolie
ein Gegenstück
zum Eingriff in die Ausnehmung aufweist. Dabei kann das Gegenstück, nachdem
es in die Ausnehmung eingeführt
worden ist und mit dieser in Eingriff steht, eine größere Ausdehnung
als die Ausnehmung haben, so dass sich die Verbindung nicht von
alleine lösen
bzw. öffnen kann.
Insbesondere bei der Ausgestaltung der Enden der Metallfolie mit
einer Ausnehmung bzw. einem Gegenstück können diese beim Ausstanzen
bzw. Ausschneiden des Metallstreifens leicht in diesen integriert
werden. Die Ausnehmung- und das Gegenstück können aufeinander abgestimmte
Formen jeglicher linearer oder nichtlinearer Art haben, wie z. B. rechteckige,
ovale oder gebogene Formen. Die vorgenannten Formschlussverbindungen
können
bei Bedarf auch durch fügetechnische
Maßnahmen
gesichert werden, indem beispielsweise in den Eckbereichen des einen
Endes eine oder mehrere Punktschweißungen zur permanenten Fixierung
mit dem anderen Ende der Metallfolie gesetzt werden.
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Die
Ausgestaltung der Lochungen betreffend, sind diese in einer weiteren
bevorzugten Ausführungsform
durch Wegbiegen der Metallfolie gebildet. Dabei wird zumindest ein
Teil der Umrisslinie der späteren
Lochung beispielsweise durch Stanzen oder Anschneiden auf der zunächst ebenen
Metallfolie vorbestimmt und anschließend das an der Stelle der
herzustellenden Lochung befindliche Material so weggebogen, dass
der weggebogene Teil der Metallfolie noch eine Verbindung zur Metallfolie
bzw. zum angrenzenden Steg hat. Das Wegbiegen kann dabei in verschiedene
Richtungen erfolgen. Die durch das Wegbiegen gebildeten Vorsprünge bewirken
in Verbindung mit den Öffnungen
zumindest in deren Umfeld eine zwischenzeitliche Umlenkung des Abgases von
der radialen zur horizontalen Richtung. Zur gleichzeitigen Ausbildung
von Distanzhaltern erfolgt das Wegbiegen in eine Richtung, beispielsweise nach
außen.
Alternativ können
die Lochungen auch dadurch hergestellt sein, dass das an der vorgesehenen
Stelle zunächst
noch vorhandene Material beispielsweise durch Ausstanzen vollständig entfernt wird.
Bezüglich
des Anordnungsmusters der Lochungen wird grundsätzlich ein symmetrisches Muster
in Form von in Umfangsrichtung des Ringes parallel verlaufenden
Reihen mit oder ohne Versatz gewählt. Eine
asymmetrische bzw. unregelmäßige Verteilung der
Lochungen ist allerdings ebenfalls möglich.
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Die
erfindungsgemäße Aufgabe
wird für
eine Abgasanlage dadurch gelöst,
dass der Katalysatorkörper
aus einer gelochten Metallfolie besteht. Dadurch lässt sich
der Katalysatorkörper
einfacher und kostengünstiger
herstellen und besser in der Abgasanlage einbauen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
besteht der Katalysatorkörper
aus einer gelochten Metallfolie, wobei die Lochungen der gelochten
Metallfolie so zur Schallreduktion angepasst sind, dass die Metallfolie
zugleich die Funktion einer herkömmlichen
Schalldämpfungseinheit übernimmt.
Dadurch wird die in einer Abgasanlage eines Kleinmotors benötigte Anzahl
von Bauteilen zur Abgasbehandlung reduziert. Dies führt zu einer
Verringerung der Herstellungskosten und des Montageaufwands sowie
zu einer besseren Austauschbarkeit der Bauteile. Hierzu wird auch
auf das hinsichtlich der erstgenannten Lösung zur Ausbildung des erfindungsgemäßen Katalysatorkörpers Gesagte
verwiesen.
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Vorzugsweise
ist der Katalysatorkörper
koaxial zu einer Einströmrichtung
des Abgases in das Schalldämpfergehäuse um einen
Einlass des Schalldämpfergehäuses angeordnet.
Dadurch werden geeignete Strömungsverhältnisse
innerhalb des Schalldämpfergehäuses und
insbesondere im Hinblick auf die radiale Anströmung der Metallfolie von innen
geschaffen, wodurch gute Ergebnisse hinsichtlich der Schalldämpfung und
Schadstoffreduzierung erzielt werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist der Katalysatorkörper
mit Vorspannung beaufschlagt gegen das Schalldämpfergehäuse verspannt. Zur Lagefixierung
des Katalysatorkörpers
vor und nach dem Verspannen sind entsprechend den Enden des Katalysatorkörpers geformte
Einprägungen
in den betreffenden Teilen des Schalldämpfergehäuses und/oder Zusatzteile wie
Halteringe oder Halteplatten vorgesehen. Die zum Verspannen der
Gehäuseteile
eingesetzten Befestigungsmittel, wie z. B. Schrauben, können dabei
gleichzeitig dazu dienen, das Schalldämpfergehäuse an oder in der Nähe des Kleinmotors
bzw. an dem betreffenden Gerät
zu befestigen. Durch das Verspannen des Katalysatorkörpers zwischen
den Gehäuseteilen
oder Zusatzteilen des Schalldämpfergehäuses kann
auf aufwendige Befestigungsmaßnahmen
innerhalb des Schalldämpfergehäuses verzichtet
werden.
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Die
erfindungsgemäße Aufgabe
wird für
die Herstellung des erfindungsgemäßen Katalysatorkörpers dadurch
gelöst,
dass der Katalysatorkörper
aus einem gelochten Metallfolienstreifen ringförmig gebogen wird und dann
die Enden des Streifens mittels einer Formschlussverbindung verbunden
werden.
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Bei
einem bevorzugten Herstellungsverfahren wird der gelochte Metallfolienstreifen
zuvor aus Endlosware geschnitten, gestanzt oder an vorab angebrachten
Perforationsstellen gebrochen. Die Herstellung aus Endlosware ermöglicht auch
einen kontinuierlichen Beschichtungsprozess und insbesondere eine
erhebliche Kosteneinsparung. Die Folien bzw. Blechstreifen können auch
einzeln in Abschnitten hergestellt werden.
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Das
im Ausgangszustand ebene metallische Basismaterial kann vorab auch
mit einer katalytisch aktiven Beschichtung versehen werden. Die
Beschichtung kann allerdings auch nach Gewinnung der Metallfolienstreifen
erfolgen. Die Enden der Metallfolie werden mit einer Formschlussverbindung beispielsweise
verhakt. Zur dauerhaften Fixierung der Enden der Metallfolie können diese
auch verpresst oder punktuell geschweißt werden.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen schematisch:
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1 eine
explosionsartige Darstellung einer Abgasanlage mit einer ersten
Ausführungsform der
Metallfolie als radial durchströmbaren,
ringförmigen
Katalysatorkörper;
und
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2 eine
Draufsicht einer zweiten Ausführungsform
der Metallfolie; und
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3a eine
Draufsicht einer dritten Ausführungsform
der Metallfolie; und
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3b eine
perspektivische Ansicht eines Vorsprungs der Metallfolie gemäß 3a;
und
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3c einen
Querschnitt eines weiteren Vorsprungs der erfindungsgemäßen Metallfolie;
und
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3d einen
Querschnitt eines weiteren Vorsprungs der erfindungsgemäßen Metallfolie;
und
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3e einen
Querschnitt eines weiteren Vorsprungs der erfindungsgemäßen Metallfolie;
und
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3f eine
Draufsicht auf mehrere Schnittlinienmuster in einer erfindungsgemäße Metallfolie
zur Ausbildung der Vorsprünge
bzw. Lochungen; und
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4a eine
Seitenansicht der Metallfolie gemäß 3a; und
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4b eine
Seitenansicht einer vierten Ausführungsform
der Metallfolie; und
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4c eine
Seitenansicht einer fünften
Ausführungsform
der Metallfolie; und
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4d eine
Seitenansicht einer sechsten Ausführungsform der Metallfolie;
und
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5a einen
Querschnitt einer ersten Formschlussverbindung einer Metallfolie;
und
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5b einen
Querschnitt einer zweiten Formschlussverbindung einer Metallfolie;
und
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6 eine
explosionsartige Darstellung einer weiteren Abgasanlage mit einer
erfindungsgemäßen Metallfolie
als radial durchströmbaren,
ringförmigen
Katalysatorkörper.
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1 zeigt
in einer explosionsartigen Ansicht einen radial durchströmbaren,
ringförmigen
Katalysatorkörper 1 als
Teil einer erfindungsgemäßen Abgasanlage 11.
Der Katalysatorkörper 1 besteht
dabei aus einer Metallfolie 2, welche eine Vielzahl von Lochungen 3 und
Stegen 5 aufweist, wobei die Metallfolie 2 und
insbesondere deren Lochungen 3 und Stege 5 zur
Schallreduktion angepasst sind. Die Ausbildung der Bestandteile
der Metallfolie 2 und deren Materialbeschaffenheit, Oberflächenstruktur
und Abmessungen sind derart angepasst, dass die Metallfolie 2 zugleich
die Funktion eines herkömmlichen
Reflexionskörpers übernimmt.
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Zur
Erläuterung
der Ausgestaltung der Metallfolie 2 an sich, werden im
Folgenden die 2 bis 5 herangezogen. 2 zeigt
die Abwicklung einer Metallfolie 30 in einer Draufsicht.
Die Dicke der Metallfolie beträgt
230 μm.
Die rechteckig ausgebildeten Lochungen 33 sind in drei
Reihen und in symmetrischer Weise angeordnet. Zwischen den Lochungen 33 befinden
sich in Längs-
und Querrichtung verlaufende Materialbrücken bzw. Stege 35.
Die Stege 35 zwischen der obersten bzw. untersten Reihe
der Lochungen 33 und dem jeweiligen längsseitigen Rand 38 bzw. 39 sind
breiter als die Stege 35 zwischen den Lochungen 33 ausgebildet,
um die Versteifung in Querrichtung zu erhöhen.
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Dies
dient auch einer ausreichenden Stabilität hinsichtlich der späteren Befestigung
der Metallfolie 30. Ausgehend von der dargestellten ebenen Form
wird die Metallfolie 30 zu einem ovalen bzw. elliptischen
Ring gebogen. Anschließend
werden die Enden 36 und 37 miteinander verbunden,
so dass der Katalysatorkörper 1 entsteht.
Zum Einbau in ein Schalldämpfergehäuse 4 wird
die ringförmige
Metallfolie 30 dann mit dessen Rändern 38 bzw. 39 an
den Rückwänden 24 der
Gehäuseteile 18 bzw. 19 oder
an Zusatzteilen angelegt und im Schalldämpfergehäuse verspannt (siehe auch 1).
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3a zeigt
in einer weiteren Ausführungsform
eine Metallfolie 40. Hinsichtlich der Dicke der Metallfolie 40,
der Anordnung der Lochungen 43 und Stege 45 gilt
gleiches wie bei 2. Die Öffnungen bzw. Lochungen 43 sind
hier bogenförmig
ausgebildet und durch Wegbiegen der Metallfolie 40 nach oben
gebildet. Die dadurch gebildeten Vorsprünge 44 dienen zur
Oberflächenvergrößerung der
Metallfolie 40, um eine Verwirbelung des Abgases zur Schadstoffreduzierung
und auch eine Brechung des Schalls herbeizuführen. Sie können aber auch gleichzeitig als
Distanzhalter dienen. Zur Ausbildung des Katalysatorkörpers 1 wird
die Metallfolie 40 wiederum zu einem Ring gebogen. Anschließend werden
die Enden 46 und 47 miteinander verbunden. 3b zeigt
in einer perspektivischen Ansicht einen Ausschnitt der Metallfolie 40 mit
zwei bogenförmigen
Lochungen 43 und zwei dazwischen angeordneten Laschen 48.
Die Laschen 48 bzw. Vorsprünge 44 sind gleichsinnig
aus der Metallfolie 40 weggebogen. Um das Wegdrücken zu
ermöglichen
wird die Metallfolie an den vorbestimmten Stellen vorab zumindest
angeschnitten oder gestanzt. Die Laschen 48 bzw. Vorsprünge 44 können eine
beliebige lineare oder nichtlineare Form annehmen.
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Die 3c bis 3f zeigen
weitere Ausführungsformen
der Lochungen bzw. Vorsprünge
der erfindungsgemäßen Metallfolie.
Die Ausführungsformen
in den 3c bis 3e sind
im Querschnitt dargestellt. 3f zeigt
in einer Draufsicht sechs Ausbildungsarten der anzusetzenden Schnittlinien oder
Perforationsstellen. Diese ermöglichen
dann ein Wegdrücken
der zwischen den Schnittlinien befindlichen Metallfolienbereiche,
wodurch u. a. die Lochungen und Vorsprünge gemäß der 3c bis 3e entstehen.
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Im
Detail zeigt 3c eine dachförmige bzw. V-förmige Ausbildung
eines Vorsprunges 91. Das von unten anströmende Abgas
durchtritt schräg
oder vertikal den unterhalb der Vorsprunges 91 liegenden horizontalen Öffnungsquerschnitt
und prallt an die Unterseite der beiden Schenkel 94. Von
dort wird das Abgas nahezu horizontal abgelenkt und strömt über dreiecksförmige schräg oder vertikal
ausgerichtete Öffnungsquerschnitte
oberhalb der Metallfolienebene nach oben weg. 3d zeigt
einen Vorsprung 92, wobei der schräg aus der Metallfolienebene
weggebogene Schenkel 95 an seinem freien Ende waagrecht
ausgerichtet ist. Das von unten anströmende Abgas wird dadurch noch
stärker
horizontal umgelenkt. Bei einer spiralförmigen Aufwicklung der Metallfolie
kann dieser Vorsprung 92 gleichzeitig als Abstandshalter
dienen. 3e stellt einen weiteren Vorsprung 93 dar,
welcher durch ein Wegbiegen des betreffenden Metallfolienbereichs
in entgegengesetzte Richtungen entsteht. Die schrägen Schenkel 96 und 97 bewirken
wiederum einen Aufprall und eine Umlenkung des Abgases. Die Übergänge sämtlicher
Schenkel 94, 95, 96, 97 untereinander
bzw. in die Metallfolienebene können
kantenartig oder ausgerundet ausgebildet sein. Das Abgas kann auch
von oben anströmen.
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3f zeigt
eine Draufsicht auf mehrere Schnittlinienmuster 100 bis 105 zur
Ausbildung der Vorsprünge
bzw. Lochungen in einer erfindungsgemäße Metallfolie. Diese Schnittlinienmuster
werden durch die durchgezogen dargestellten An-, Einschnitt- bzw.
Durchtrennungslinien (in folgenden Schnittlinien genannt) gebildet.
Die gestrichelten Linien kennzeichnen die sich beim Wegdrücken der
Metallfolienbereiche ergebenden Knickstellen. Zur Ausbildung der
Vorsprünge 91, 92, 93 aus
den 3c, 3d, 3e sind
die Schnittlinienmuster 100, 101, 102 zu
wählen.
Die Schnittlinien ermöglichen also
ein Wegdrücken
der durch die Schnitt- und Knicklinien begrenzten Metallfolienbereiche,
wodurch die schenkelartig von der restlichen Metallfolie hervorstehenden
Vorsprünge
entstehen. Das Schnittlinienmuster 104 eignet sich zur
Ausbildung des Vorsprungs 44 gemäß 3b. Die
Muster 103 und 105 stellen zusätzliche Alternativen dar. Die
in den 3b bis 3f gezeigten
Möglichkeiten
zur Ausbildung der Vorsprünge
können
bei jeder im Rahmen dieser Erfindung beschriebenen Metallfolien einheitlich
oder gemischt verwendet werden.
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4a zeigt
die Metallfolie 40 aus 3a in einer
schneckenförmigen
Aufwicklung in einer Seitenansicht, wobei die Vorsprünge 44 auch
als Distanzhalter dienen. Die Seitenansichten in den 4b bis 4d zeigen
eine wellenförmige
Metallfolie 50, eine sternförmige Metallfolie 60 und
eine trapezförmige
Metallfolie 70. Dabei können
deren Lochungen 3 durch Ausstanzen, Ausschneiden, Umbiegen
bzw. Wegdrücken
gebildet werden. Das Abgas muss die jeweilige Lochung 3 nicht
zwingend radial durchströmen,
sondern kann in deren Umgebung auch geringfügig umgelenkt werden. Falls
die Lochung 3 durch Wegbiegen der Metallfolie 2 so
ausgebildet ist, dass die Durchtrittsfläche der Öffnung bzw. Lochung 3 schräg oder vertikal
verläuft,
wird das Abgas in diesem Bereich kurzfristig umgelenkt, um die Lochung 3 durchströmen zu können. Beispielsweise
können
die Lochungen 3 dann schräg oder vertikal verlaufen, wenn
das weggedrückte
Material eine Dachform annimmt. Derartige V- bzw. U- förmige aus
der Ebene der Metallfolie herausgedrückte Dächer können in den Bergen oder Tälern der
Metallfolien 40, 50, 60 oder 70 angeordnet
sein.
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Die 5a und 5b zeigen
zwei Möglichkeiten
der Ausbildung einer lösbaren
Formschlussverbindung 8 zur Befestigung der beiden Enden 6 und 7 der
Metallfolie 2. Dies gilt dementsprechend ebenso für alle anderen
vorgenannten Metallfolien. In 5a wird
die Formschlussverbindung 8 durch eine hakenförmige Ausbildung
der Enden 6 und 7 der Metallfolie 2 ermöglicht.
So kann die Metallfolie 2 mit wenigen Handgriffen vor dem
Zusammenbau der Abgasanlage zu einem Ring gebogen und anschließend verhakt
werden. In 5b ist das eine Ende 6 der Metallfolie 2 mit
einer Ausnehmung 9 und das andere Ende 7 mit einem
Gegenstück 10 zum
Eingriff in die Ausnehmung 9 versehen. Die rechteckige
Ausnehmung 9 wird durch ein Wegbiegen eines Teils der Metallfolie 2 unter
Ausbildung einer Lasche 75 geschaffen. Das andere Ende 7 der
Metallfolie 2 wird unter Ausbildung einer Lasche 76 als
Gegenstück 10 umgebogen,
so dass dieses Ende 7 nach Einfädeln des Gegenstücks 10 in
die Ausnehmung 9 mit dem anderen Ende 6 in Eingriff
steht. Somit kann die Formschlussverbindung 8 mit wenigen
Handgriffen montiert bzw. demontiert werden. Grundsätzlich besteht aber
auch die Möglichkeit,
die Formschlussverbindung 8 durch eine oder mehrere Punktschweißungen für einen
permanenten Halt zu fixieren.
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Aus 1 ist
weiterhin die Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Abgasanlage 11 ersichtlich.
Dabei wird der Katalysatorkörper 1 durch die
Metallfolie 2 gebildet. Anstelle der Metallfolie 2 kann
aber auch jede andere im Rahmen dieser Erfindung beschriebene Ausführungsform
der Metallfolien 30, 40, 50, 60 oder 70 in
der Abgasanlage 11 verwendet werden. Aus Gründen der
Vereinfachung wird lediglich die Ausführungsform mit der Metallfolie 2 erläutert.
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Neben
der Metallfolie 2, welche zugleich die Schalldämpfungseinheit
einer herkömmlichen
Abgasanlage bildet, sind weiterhin das aus den Gehäuseteilen 18 und 19 bestehende
Schalldämpfergehäuse 4 und
zwei Metallstifte 16 zu erkennen. Die Metallstifte 16 werden
von Schrauben oder anderen Befestigungsmitteln zur Verspannung der
Gehäuseteile 18 und 19 mit
dazwischen angeordneter Metallfolie 2 durchsetzt. Die Schrauben
werden zugleich zur Befestigung des Schalldämpfergehäuses 4 an oder in der
Nähe eines
Kleinmotors (nicht dargestellt) herangezogen. Das Gehäuseteil 18 weist
an dessen Rückwand 24 einen
tellerförmig
eingeprägten
Zentralbereich 22 auf. Darin sind ein Einlass 14 und
zwei Öffnungen 23 zum
Durchführen
der Schrauben eingebracht. Das andere Gehäuseteil 19 weist an
dessen Rückwand 24 ebenfalls
einen tellerförmigen
Zentralbereich 22 sowie zwei Öffnungen 23 auf. Zur
Ableitung des Abgases aus dem Schalldämpfergehäuse 4 ist an einer
Seitenwand des Gehäuseteils 19 ein
Auslass 15 angeordnet. Zur vereinfachten Handhabung bei
der Montage sollte der Außendurchmesser
der ringförmig
gebogenen Metallfolie 2 maximal so groß wie der Innendurchmesser
des kreisförmigen
Zentralbereichs 22 sein, so dass die Metallfolie 2 zumindest
zur vorübergehenden
Lagefixierung beim Zusammenbau der Abgasanlage 11 in den
im Verhältnis zur
umliegenden Rückwand
versenkten tellerförmigen
Zentralbereich 22 eingesetzt werden kann. Nach Einführen je
einer Schraube oder ähnlicher
Befestigungsmittel entlang der Achse 25 in die Öffnungen 23 des
einen Gehäuseteils 18 können die
Metallstifte 16 über
die Schrauben geschoben werden, um anschließend die Schraubenenden in
die Öffnungen 23 des
anderen Gehäuseteil 19 einzuführen und
dieses bis zum Anschlag an den umlaufenden Rand 20 des Gehäuseteils 18 zu
schieben. Die umlaufenden Ränder 20 und 21 der
Gehäuseteile 18 und 19 sind
jeweils als stegartige Umbördelung
ausgeformt, so dass ein gasdichter Verschluss der Gehäuseteile 18 und 19 erreicht
wird. Dazu können
auch weitere Dichtungsmaßnahmen,
wie z. B. Gummidichtungen, angebracht werden. Die Öffnungen 23 und
der Anschluss des Einlasses 14 an den Motor sind ebenfalls gasdicht
ausgeführt.
Die Umbördelungen 20 bzw. 21 können auch
derart geformt sein, dass ein Gehäuseteil das andere zumindest
teilweise umgreift.
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Hinsichtlich
der geometrischen Abmessungen der entlang der Achse 25 zusammenzusetzenden
Bauteile haben die schalenartigen Gehäuseteile 18 und 19 eine
bestimmte Tiefe, so dass nach Einsetzen der Metallfolie 2 in
die beiden tellerförmigen
Zentralbereiche 22 die entlang der Achse 25 gerichteten Enden
der Metallfolie 2 jeweils an der Rückwand 24 anliegen
und auch die Umbördelungen 20 und 21 aufeinander
liegen. Die entlang der Achse 25 verlaufenden Schrauben
durchsetzen die Metallstifte 16 sowie die beiden Gehäuseteile 18 und 19,
und stehen über
das Schalldämpfergehäuse 4 hinaus.
Um die Metallfolie 2 und somit den Katalysatorkörper 1 in dem
Schalldämpfergehäuse 4 bzw.
gegen die Gehäuseteile 18 und 19 zu
verspannen, weisen die Metallstifte 16 also eine kürzere Länge als
die Metallfolie 2 auf. Die so zusammengeschraubte und mit
Vorspannung beaufschlagte Abgasanlage 11 kann schließlich noch über die
herausstehenden Enden der Schrauben an einem Kleinmotor bzw. in
dessen Nähe
angebracht werden.
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Zur
Reduzierung der Schadstoffe und zur Schallreduktion strömt das Abgas über den
Einlass 14 in das Innere des Schalldämpfergehäuses 4 ein und gelangt
in einen inneren, zylinderförmigen
Hohlraum 26, welcher durch die Metallfolie 2 und
die Rückwände 24 der
Gehäuseteile 18 und 19 begrenzt wird.
Von dort strömt
das Abgas radial nach außen und
trifft auf die Metallfolie 2. Je nach Ausgestaltung der
Lochungen 3 und Stege 5 kommt es dabei zu einer
Kontaktierung mit der katalytisch aktiven Beschichtung der Metallfolie 2 und
somit zu einer Reduktion der Schadstoffe des Abgases. Das Auftreffen des
Abgasstromes auf die Metallfolie 2 führt auch zu einer Brechung
der Schallwellen und damit zu einer Schallreduktion. Nachdem das
Abgas die Metallfolie 2 durchströmt hat, gelangt es über den
Auslass 15 in die Umwelt.
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6 zeigt
in einer explosionsartigen Darstellung eine weitere Ausführungsform
einer Abgasanlage mit dem erfindungsgemäßen Katalysatorkörper 1 gemäß 1.
Hier sind gleiche Teile wie aus 1 mit den
gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Insbesondere werden für die Metallfolie 2 und
die Gehäuseteile 18 und 19 die
gleichen Bauteile wie aus 1 verwendet.
Es können
aber auch alle anderen zuvor beschriebenen Metallfolien 30, 40, 50, 60 oder 70 eingesetzt
werden. Die Ausbildung der Bestandteile der Metallfolie 2 und
deren Materialbeschaffenheit, Oberflächenstruktur und Abmessungen
sind derart angepasst, dass die Metallfolie 2 die Funktion eines
Katalysators übernimmt.
Als weitere Bauteile dieser Ausführungsform
sind als Zusatzteile zwei Halteplatten 82 und 83 und
ein Reflexionsrohr 80 dargestellt. Das Reflexionsrohr 80 besteht
aus Blech und weist mehrere Lochungen 81 zur Schallreduktion auf.
Die Halteplatten 82 und 83 haben zur Anbringung
an dem Reflexionsrohr 80 jeweils mittig eine Öffnung 84,
welche dem Außenumriss
der Querschnittsform des Reflexionsrohrs 80 entspricht.
Die äußeren Ränder der
Halteplatten 82, 83 haben jeweils eine umlaufende
Einbuchtung bzw. Rille (nicht dargestellt), welche zur Halterung
der Metallfolie 2 dient.
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Bei
der Montage der Abgasanlage gemäß 6 werden
die einzelnen Bauteile entlang den Achsen 25 ineinander
geschoben. Zuerst wird die Halteplatte 82 so auf das Reflexionsrohr 80 aufgeschoben,
dass sie mit einem bestimmten Abstand zum dem dem Gehäuseteil 18 gegenüberliegenden Ende
des Reflexionsrohres 80 zu liegen kommt. Daraufhin wird
die ringförmige
Metallfolie 2 koaxial und beabstandet zum Reflexionsrohr 80 über das
Reflexionsrohr 80 geführt
und in die Einbuchtung der Halteplatte 82 gedrückt. Anschließend wird
die zweite Halteplatte 83 über das Reflexionsrohr 80 geschoben bis
der noch freie Rand der Metallfolie 2 in die Einbuchtung
der Halteplatte 83 gelangt. Die in Richtung der Achse 25 gerichteten
Längenabmessungen
der Metallfolie 2 und des Reflexionsrohres 80 können auch
so gewählt
werden, dass zumindest eine der Halteplatten 82, 83 an
einer Stirnseite des Reflexionsrohres zu liegen kommt. Bei einer
Befestigung der Halteplatte 82 bzw. 83 an einem
stirnseitigen Ende kann auch auf die Öffnung 84 verzichtet
werden. Die Halteplatten 82, 83 können auch
beide an den Stirnseiten des Reflexionsrohres 80 oder mit
Abstand zum jeweiligen Ende des Reflexionsrohres 80 auf
diesem angeordnet werden und wahlweise zusätzlich angeschweißt werden.
Zur anschließenden Verspannung
der außenliegenden
Gehäuseteile 18 und 19 werden
die gleichen Maßnahmen
getroffen, wie bereits zu 1 erläutert. Die
Ausbildung der umlaufenden Ränder 20 und 21 der
Gehäuseteile 18 und 19 erfolgt
wiederum in Form von stegartigen Umbördelungen, so dass ein gasdichter
Verschluss der Gehäuseteile 18 und 19 erreicht
wird. Ähnlich
wie bei 1 können die Rückwände 24 der Gehäuseteile 18, 19 auch
entsprechend den Enden des Reflexionsrohres mit versenkten Zentralbereichen
ausgestattet sein. Diese Versenkungen oder Einbuchtungen können nach
innen oder aussen gerichtet sein.
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Zur
Schadstoff- und Schallreduzierung strömt das Abgas über den
Einlass 14 in das Innere des Schalldämpfergehäuses 4 ein und gelangt
in das Reflexionsrohr 80. Von dort strömt das Abgas radial nach außen und
trifft auf das Reflexionsrohr 80. Je nach Ausgestaltung
der Lochungen 81 kommt es dabei zu einer bestimmten Reflexion
bzw. Brechung der Schallwellen. Anschließend durchströmt das Abgas die
Lochungen 81, strömt
radial nach außen
weiter und trifft auf die Metallfolie 2. Dort kommt es
zu einer Kontaktierung mit der katalytisch aktiven Beschichtung
der Metallfolie 2 und somit zu einer Reduktion der Abgasschadstoffe.
Das Auftreffen des Abgasstromes auf die Metallfolie 2 führt zudem
auch zu einer Brechung der Schallwellen und damit ebenfalls zu einer
Schallreduktion. Nachdem das Abgas die Lochungen 3 der
Metallfolie 2 durchströmt
hat, gelangt es über
den Auslass 15 in die Umwelt.
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Mit
der erfindungsgemäßen Metallfolie
wird also eine Möglichkeit
geschaffen, die Schadstoff- und Schallreduktion
eines Kleinmotors insbesondere durch die Ausbildung der in der Metallfolie
enthaltenen Lochungen und auch deren freien Querschnitt zu steuern.
Der freie Querschnitt der Lochungen kann dabei auch mit dem Öffnungsquerschnitt
des Motoraulasses in Beziehung gebracht werden. Hierbei beträgt ein geeignetes
Verhältnis
des Querschnittes des Motorauslasses zum freien Querschnitt der
Lochungen z. B. eins zu zwei.