Hiervon
ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halterung
für eine
Abgasreinigungskomponente in einem Gehäuse anzugeben, welche einfach
montierbar ist. Insbesondere soll die Halterung ermöglichen,
dass eine aufwendige Bearbeitung des Gehäuses bzw. der Abgasleitung
vermieden werden kann. Zudem soll gewährleistet werden, dass die
Halterung auch den hohen thermischen und dynamischen Belastungen
im Abgassystem eines Automobils standhält. Auch ein entsprechendes Abgassystem
sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Halterung soll
angegeben werden.
Diese
Aufgaben werden gelöst
durch eine Halterung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw.
2, eine Abgasanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 sowie
einem Verfahren zur Herstellung einer Halterung für eine Abgaskomponente in
einem Gehäuse
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Die in den Patentansprüchen einzeln
aufgeführten
Merkmale sind dabei in beliebig sinnvoller Weise miteinander kombinierbar.
Die
Halterung für
eine Abgasreinigungskomponente umfasst ein Gehäuse, das einstückig ausgebildet
ist und wenigstens eine nach innen hin zu einer Zentrumsachse gerichtete
Vertiefung hat. Die Abgasreinigungskomponente hat ein metallisches
Mantelrohr mit wenigstens einer nach außen gerichteten Erhebung. Die
Halterung ist dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Vertiefung
und die wenigstens eine Erhebung einen Schiebesitz bilden, welcher
der alleinige Kontakt der Abgasreinigungskomponente mit dem Gehäuse ist.
Unter
einem „Gehäuse" wird hier unter
anderem die Abgasleitung einer Abgasanlage eines Automobils verstanden.
Das Gehäuse
ist üblicherweise aus
einem metallischen Werkstoff und zumindest im Bereich der Position
der Abgasreinigungskomponente einstückig ausgebildet. Das heißt mit anderen Worten,
dass die Abgasreinigungskomponente nicht unmittelbar benachbart
zu einer Verbindungsstelle von Gehäuseabschnitten oder dergleichen
positioniert ist. „Benachbart" bedeutet insbesondere,
dass in einem Bereich, der durch die Abgaseintrittsseite und die
Abgasaustrittsseite der Abgasreinigungskomponente bestimmt wird,
das Gehäuse
keine Verbindungsstellen, Schweißnähte, etc. hat.
Unter
einer „Vertiefung" sind z. B. unterschiedliche
Deformierungen des Gehäuses
zu subsumieren, wie Eindellungen, Fasen, Noppen, Absätze oder ähnliches.
Diese Vertiefungen sind nach innen hin zu einer Zentrumsachse des
Gehäuses
gerichtet und stellen somit eine Art Kontaktfläche für in das Gehäuse von
einer Seite her einführbare
Abgasreinigungskomponenten bereit.
Der
Begriff „Abgasreinigungskomponente" wurde als Oberbegriff
für alle
bekannten Komponenten zur Umwandlung bzw. Entfernung von im Abgas enthaltenen
Schadstoffen gewählt.
Insbesondere betrifft das Katalysator-Trägerkörper, Adsorber, Partikelfallen,
Rußfilter,
Heizer, Strömungsmischer
etc. Diese Abgasreinigungskomponenten weisen üblicherweise ein metallisches
Mantelrohr auf, welches zumindest teilweise einen funktionalen Korpus
umgibt, um diesem eine dauerhafte äußere Gestalt zu geben bzw.
eine Fixierung der im Inneren des Mantelrohres angeordneten Elemente
zu ermöglichen. Die
Form des Mantelrohres ist üblicherweise
zylindrisch, kann aber auch andere Formen annehmen, wie beispielsweise
oval, vieleckig, etc.
Dieses
Mantelrohr ist mit wenigstens einer nach außen gerichteten Erhebung versehen.
Das bedeutet, dass sich die Erhebung auf der äußeren Umfangsfläche des
Mantelrohres herauswölbt,
also in entgegengesetzte Richtungen zu dessen Inneren weist. Damit
weist die Erhebung insbesondere auch in Richtung des Gehäuses, welches
um das metallische Mantelrohr angeordnet ist. Die Erhebung kann dabei
wieder in unterschiedlichsten Ausführungsvarianten ausgebildet
sein, beispielsweise als sogenannte Sicke.
Die
Erhebung sowie die Vertiefung sind für sich bevorzugt in einer Ebene
senkrecht zur Zentrumsachse angeordnet. Zumindest liegen die Vertiefung
bzw. die Erhebung jeweils in einer Ebene parallel zueinander. Grundsätzlich ist
es auch möglich, dass
mehrere solcher Vertiefungen bzw. solcher Erhebungen im Gehäuse bzw.
im Mantelrohr vorgesehen sind. Dabei ist nicht nur gemeint, dass
mehrere Vertiefungen bzw. Erhebungen in einer (einzelnen) Ebene
senkrecht zur Zentrumsachse ausgebildet sind, sondern dass auch
mehrere solcher Ebenen mit (ggf. mehreren) Vertiefungen bzw. Erhebungen
vorgesehen sein können.
Bei einer entsprechenden Ausgestaltung des Gehäuses bzw. des Mantelrohres lassen
sich somit unter Umständen
mehrere Abgasreinigungskomponenten in ein Gehäuse integrieren. Es ist unter
Umständen
auch möglich,
dass mehrere Erhebungen des Mantelrohres mit einer Vertiefung des
Gehäuses
in Kontakt sind, beispielsweise um unterschiedliche Anpressdrücke zu ermöglichen.
Die
wenigstens eine Vertiefung und die wenigstens eine Erhebung bilden
schließlich
einen Schiebesitz, welcher der alleinige Kontakt der Abgasreinigungskomponente
mit dem Gehäuse
ist. Unter einem „Schiebesitz" sind insbesondere
solche Kontaktarten zu verstehen, die ein einseitiges Einschieben
der Abgasreinigungskomponente in das Gehäuse ermöglichen, wobei durch Form-
bzw. Kraftschluss eine Klemmwirkung zwischen Gehäuse und Abgasreinigungskomponente
generiert wird. Die Klemmwirkung wird bevorzugt allein durch das
Eindrücken
der Abgasreinigungskomponente in das Gehäuse erzielt, unter Umständen kann
noch von außen
eine Kraft auf diesen Schiebesitz ausgeübt werden, um die gewünschte Klemmwirkung
letztendlich zu erzielen.
Im
Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen, bei denen nun die Abgasreinigungskomponente durch
weitere Leitungsabschnitte oder Bauteile gegen eine Anschlagkante
gedrückt
werden, stellt der Schiebesitz den alleinigen Kontakt der Abgasreinigungskomponente
mit dem Gehäuse
dar. Das heißt mit
anderen Worten, dass das Gehäuse
lediglich über
die Erhebung des Mantelrohres mit der Abgasreinigungskomponente
in Kontakt ist. Somit ist eine besonders einfach aufgebaute Halterung
für eine
Abgasreinigungskomponente in einem Gehäuse angegeben, wobei insbesondere
auf eine exakte Ausrichtung von mehreren Gehäuseteilen verzichtet werden kann.
Eine Verspannung durch entgegengesetzte Kräfte, die im wesentlichen parallel
zur Zentrumsachse orientiert sind, ist nicht erforderlich. Die Klemmwirkung
wird hier primär
durch eine radial wirkende Kräftepaarung
bewirkt.
Gemäß einem
weiteren Aspekt wird eine Halterung für eine Abgasreinigungskomponente
in einem Gehäuse
vorgeschlagen, wobei das Gehäuse einstückig ausgebildet
ist und wenigstens eine nach innen hin zu einer Zentrumsachse gerichtete
Vertiefung aufweist, und die Abgasreinigungskomponente ein metallisches
Mantelrohr mit wenigstens einer nach außen gerichteten Erhebung hat.
Diese Halterung ist dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens
eine Vertiefung und die wenigstens eine Erhebung einen selbsthemmenden
Schiebesitz bilden.
Im
Hinblick auf die obigen Erläuterungen
zu den verwendeten Begriffen wird vollumfänglich auch hier Bezug genommen.
Ergänzend
sei darauf hingewiesen, dass der Schiebesitz neben der Haltefunktion
bevorzugt auch eine Zentrierfunktion aufweist, d.h. dass die Abgasreinigungskomponente
beim Einführen
in Bezug auf die Zentrumsachse in einer gewünschten Position ausgerichtet
wird.
Unter
einer „Selbsthemmung" ist insbesondere
zu verstehen, dass eine mechanische Klemmwirkung zwischen der Abgasreinigungskomponente und
dem Gehäuse
beim Einführen
generiert wird, so dass eine Lösung
des Kontaktes ohne weiteres nicht möglich ist. Insbesondere wird
eine solche Klemmkraft bereitgestellt, die ein Losrütteln der
Abgaskomponente auch bei hohen thermischen und dynamischen Belastungen
verhindert. Die Größe der erforderlichen
Klemmkraft wird beispielsweise durch die äußere Gestaltung der Vertiefungen
bzw. Erhebungen maßgeblich
eingestellt, insbesondere über
deren Höhe
und Kontaktfläche.
In der Regel bilden dabei die Kontaktbereiche von Vertiefung und
Erhebung ein sogenanntes „Reibpaar", wobei die zwischen
den Komponenten herrschende Reibung an der Oberfläche der
Erhebung bzw. der Vertiefung ein Gleiten der Oberflächen aufeinander
ohne Weiteres nicht ermöglicht.
Die dabei in radiale Richtung einwirkende Klemmkraft verhindert
dies. Besonders bevorzugt ist dabei dieser selbsthemmende Schiebesitz
gleichzeitig auch der alleinige Kontakt der Abgasreinigungskomponente
mit dem Gehäuse.
Grundsätzlich
ist es jedoch auch möglich,
dass weitere Kontaktpunkte der Abgasreinigungskomponente mit dem
Gehäuse existieren,
diese aber bevorzugt keine tragende bzw. haltende Funktion haben.
Solche letztgenannten Kontakte können
beispielsweise Abdichtungs-, Zentrier- und/oder Wärmeleitfunktionen übernehmen.
Gemäß einer
Weiterbildung der vorgenannten Halterungen ist die wenigstens eine
Erhebung formsteifer ausgebildet als die wenigstens eine Vertiefung.
Unter „formsteif" ist insbesondere
das Verhalten der Vertiefung auf radial einwirkende Kräfte zu verstehen.
Damit ist insbesondere gemeint, dass beim Einführen der Abgasreinigungskomponente bzw.
beim Kontakt deren Erhebung mit der Vertiefung des Gehäuses unter
Umständen
eine (elastische und/oder plastische) Verformung stattfinden kann, diese
jedoch bevorzugt und/oder in überwiegendem Maße bei der
Vertiefung stattfindet. Auch bei einer externen Beaufschlagung der
Vertiefung mit einer beispielsweise radial einwärts hin zur Zentrumsachse gerichteten
Kraft sollte eine Verformung primär (nur) bei der Vertiefung
stattfinden, nicht bei der Erhebung des Mantelrohres. Eine solche
formsteifere Ausgestaltung der Erhebung kann durch eine entsprechende
Wahl des Materials, der Wandstärken, sowie
der äußeren Formgebung
bewirkt werden. Dadurch wird beispielsweise die Möglichkeit
eröffnet, den
Schiebsitz auch nachträglich
mit einer äußeren Kraft
zu beaufschlagen, um gegebenenfalls „gelockerte" Schiebesitze wieder
mit der gewünschten Klemmkraft
auszustatten.
Weiter
wird eine Halterung vorgeschlagen, bei der zumindest die wenigstens
eine Vertiefung oder die wenigstens eine Erhebung einen Tragabschnitt
aufweist, der im wesentlichen eine konische Form hat. Damit ist
insbesondere auch gemeint, dass sowohl die Vertiefung als auch die
Erhebung einen konischen Tragabschnitt haben. Unter „Tragabschnitt" ist der Bereich
auf der Oberfläche
der Vertiefung bzw. Erhebung gemeint, über den letztendlich der Kraftschluss
bzw. Formschluss die Klemmkraft eingebracht wird. Die konische Form
hat dabei den Vorteil, dass neben der automatischen Selbstzentrierung
beim Einführen
der Abgasreinigungskomponente in das Gehäuse zudem eine große Anlagefläche bereitgestellt
wird. Dadurch kann die erforderliche Reibung, die gegebenenfalls
zur Selbsthemmung führt,
generiert werden.
Dabei
bildet der Tragabschnitt einen Winkel zur Zentrumsachse, der bevorzugt
in einem Bereich von 5° (Grad)
bis 20° liegt.
Insbesondere sind Winkel im Bereich von 5° bis 15°, und insbesondere von 6° bis 12° bevorzugt.
Zwar können
die jeweiligen Winkel der Tragabschnitte gleich sein, bevorzugt
ist jedoch eine unterschiedliche Ausgestaltung bezüglich des Winkels
des Tragabschnitts der Erhebung und dem Winkel des Tragabschnitts
der Vertiefung.
Weisen
die wenigstens eine Vertiefung und die wenigstens eine Erhebung
jeweils einen Tragabschnitt auf, so ist ein erster Winkel des Tragabschnitts
der wenigstens einen Erhebung vorteilhafter Weise größer als
ein zweiter Winkel des Tragabschnitts der wenigstens einen Vertiefung
zu wählen, insbesondere,
wenn keine Nachbearbeitung der Vertiefung nach dem Einsetzten erfolgen
soll. Das hat insbesondere im Hinblick auf die formsteifere Ausgestaltung
der Erhebung zur Folge, dass beim Einschieben bzw. beim Kontakt
der Erhebung und der Vertiefung eine zumindest teilweise Deformierung der
Vertiefung des Gehäuses
auftritt, so dass sich der Tragabschnitt der Vertiefung an den Tragabschnitt der
Erhebung anschmiegt. Somit ist eine relativ große Kontaktfläche von
Erhebung und Vertiefung gewährleistet.
Der Unterschied des ersten Winkels und des zweiten Winkels ist (unabhängige von
der Relation zueinander) mindestens 4°, bevorzugt größer 6°.
Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung ist zumindest die wenigstens eine Vertiefung
oder die wenigstens eine Erhebung umlaufend zur Zentrumsachse ausgebildet.
Ganz besonders bevorzugt ist die Ausgestaltung von jeweils umlaufenden
Vertiefungen und Erhebungen. Damit ist bei beliebiger Rotation der
Abgasreinigungskomponente vor dem bzw. beim Einfügen in das Gehäuse ein
ausreichender Kontakt mit der Vertiefung des Gehäuses gewährleistet.
Außerdem wird
auch vorgeschlagen, dass das Gehäuse
eine Erstreckung und das Mantelrohr eine Länge jeweils in Richtung der
Zentrumsachse hat, wobei die Erstreckung größer als die Länge ist. Das
heißt
mit anderen Worten, dass das Gehäuse der
wenigstens einen Abgaskomponente hervorsteht, zumindest in eine
Richtung der Zentrumsachse. Über
diese Erstreckung ist das Gehäuse
auch einteilig ausgeführt.
Besonders
vorteilhaft ist die Halterung für Abgasreinigungskomponenten,
bei denen das Mantelrohr einen metallischen Wabenkörper zumindest teilweise
umschließt.
Grundsätzlich
sind alle bekannten Ausgestaltungen von Wabenkörpern oder ähnlichen Strukturen in das
Mantelrohr integrierbar, ggf. auch keramische. Aufgrund des thermischen
Ausdehnungsverhaltens und der erhöhten Flexibilität in Bezug
auf die Ausgestaltung von Wabenkörpern
wird hier jedoch ein metallischer bevorzugt. Der „Wabenkörper" steht dabei insbesondere
als Synonym für
einen Körper,
der sich durch eine besonders hohe Oberfläche pro Volumen auszeichnet.
Damit wird eine große
Kontaktfläche
für das
hindurchströmende Abgas
bereitgestellt, so dass in den Wabenkörper integrierte Beschichtungen
oder Vorrichtungen eine Umwandlung bzw. Extraktion von im Abgas
enthaltenen Schadstoffen mit hoher Effizienz ermöglicht.
Außerdem wird
erfindungsgemäß auch eine Halterung
vorgeschlagen, die wenigstens eine Schnappverbindung umfasst. Diese
ist insbesondere in der Nähe
bzw. im Bereich des Schiebesitzes, also mit der mindestens einen
Erhebung und der mindestens einen Vertiefung gebildet. Dabei ist
eine besondere Art des Formschluss gemeint, wobei sich Teilbereiche
der Erhebung und/oder der Vertiefung (diese Variante wird bevorzugt)
beim Einführen
des Mantelrohres in das Gehäuse
zunächst
(elastisch) verformen und dann eine (elastische) Entspannung in
einer lokal ausgebildeten Ausnehmung erfahren. Damit ist eine exakte
axiale Positionierung des Mantelrohres zu dem Gehäuse möglich, was
unter Umständen
aufgrund des kleinen Winkels und der ggf. auftretenden Toleranzen
hinsichtlich des Umfangs von Erhebung bzw. Vertiefung nicht in einer
für eine
Serienfertigung adäquaten
Weise gewährleistet
werden könnte.
Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Halterung ist das Mantelrohr so
gestaltet, dass es eine gegenüber
einem Mantelrohr, welches wenigstens einen Wabenkörper vollständig umschließt, geringere
Wärmekapazität hat; insbesondere
Löcher
hat und/oder kürzer
als eine axiale Ausdehnung des wenigstens einen Wabenkörpers ausgeführt ist.
Das Mantelrohr stellt eine thermische Masse dar, die gerade im Hinblick
auf die Ausgestaltung der Abgasreinigungskomponente mit einem Wabenkörper (aufgrund
der in der Regel deutlich dickeren Wandstärke) maßgeblich das thermische Verhalten
der Abgasreinigungskomponente mitbestimmt. Die Effektivität bzw. das
Startverhalten der Abgasreinigungskomponente kann dabei deutlich
dynamischer gestaltet werden, wenn das Mantelrohr eine geringe Wärmekapazität aufweist
wie das hier vorgeschlagen wird. Die Löcher sind dabei bevorzugt außerhalb
des mindestens einen Schiebesitzes angeordnet, insbesondere dann,
wenn dort gleichzeitig eine zusätzliche
fügetechnische
Anbindung (z.B. durch Löten)
stattfindet. Damit wird verhindert, dass der hierfür ggf. erforderliche
Zusatzwerkstoff durch die Löcher
in ungewünschte
Bereiche abfließt.
Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung wird eine Abgasanlage einer mobilen
Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, die eine Halterung für eine Abgasreinigungskomponente
in einem Gehäuse der
Abgasanlage umfasst, wie sie vorstehend beschrieben ist. Dabei strömt der durch
die Abgasanlage geführte
Abgasstrom in Einführungsrichtung
der Abgasreinigungskomponente in das Gehäuse. Damit ist insbesondere
gemeint, dass der Abgasstrom infolge des Auftreffens auf eine Gaseintrittsseite
der Abgasreinigungskomponente eine Kraft ausübt, die so gerichtet ist, dass
die Abgaskomponente weiter in den Schiebesitz hineingedrückt wird.
Damit ist insbesondere angegeben, wie eine derartige Halterung in ein
Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine bzw. eines Automobils
orientiert sein sollte, um eine möglichst lange Verweildauer
der Abgasreinigungskomponente in der Abgasanlage ohne zusätzliche Wartungs-
bzw. Überprüfungsvorgänge zu gewährleisten.
Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung
einer Halterung für
eine Abgasreinigungskomponente in einem Gehäuse vorgeschlagen, das zumindest
folgenden Schritte umfasst:
- a) Herstellen eines
einstückigen
Gehäuses;
- b) Erzeugen wenigstens einer nach innen hin zu einer Zentrumsachse
gerichteten Vertiefung des Gehäuses;
- c) Herstellen eines metallischen Mantelrohres;
- d) Erzeugen wenigstens einer nach außen gerichteten Erhebung im
Mantelrohr;
- e) Einführen
des Mantelrohres in das Gehäuse;
wobei
die Schritte a) bis e) so beliebig miteinander kombinierbar bzw.
vertauschbar sind, dass die wenigstens eine Vertiefung und die wenigstens
eine Erhebung schließlich
den alleinigen Kontakt des Mantelrohres mit dem Gehäuse bilden
und dieser vorzugsweise als selbsthemmender Schiebesitz ausgeführt ist.
Dieses Verfahren dient insbesondere zur Herstellung einer Halterung
für eine
Abgasreini gungskomponente in einem Gehäuse, wie eine Ausgestaltung
der oben genannten Halterungen.
Im
Hinblick auf die Kombinierbarkeit bzw. Vertauschbarkeit der Schritte
a) bis e) sind insbesondere folgende Variationen bevorzugt:
- i) (a + b) + (c + d ) + e;
- ii) a + (c + d) + e + b;
- iii) a + b + (c + d) + e + b;
- iv) a + b + (c + d) + e + b + e;
wobei die in aufgeführten Verfahrensschritte
gegebenenfalls gleichzeitig miteinander ausgeführt werden können.
Die
Herstellung des einstückigen
Gehäuses kann
insbesondere unter Einsatz des Fertigungsverfahrens Tiefziehen,
Walzen, etc. stattfinden. Die Vertiefung kann beispielsweise gleichzeitig
mit einem Tiefziehvorgang in das Gehäuse eingebracht werden, es
ist jedoch auch möglich,
durch nachfolgende umformende Fertigungsverfahren die Vertiefung
in das Gehäuse
einzubringen.
Das
Mantelrohr kann ebenfalls auf eine Vielzahl unterschiedlicher, bekannter
Fertigungsverfahren hergestellt werden, wobei die Erhebung gleichzeitig
mit der Ausbildung des Mantelrohres oder aber auch nachträglich gestaltet
werden kann.
Im
Hinblick auf das Einführen
des Mantelrohres in das Gehäuse
kann dies bis zur gewünschten Position
in einem Arbeitsschritt erfolgen, es ist aber auch möglich, beispielsweise
das Einführen
des Mantelrohres für
weitere Arbeitsschritte zu unterbrechen. Die obigen Ausführungen
zur Ausgestaltung des Kontaktes des Mantelrohres mit dem Gehäuse bzw.
dem selbsthemmenden Schiebesitz wird auf die obigen Erläuterungen
verwiesen.
Nach
einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens erfolgt die Erzeugung
der wenigstens einen Vertiefung wenigstens teilweise nach dem Einführen des
Mantelrohres in das Gehäuse.
Das bedeutet mit anderen Worten, dass beispielsweise zu dem Zeitpunkt,
zu dem bereits ein Kontakt von Mantelrohr und Gehäuse gewährleistet
ist, die endgültige Form
bzw. Gestalt der Vertiefung erst durch extern auf das Gehäuse einwirkende
Kräfte
gebildet wird. Es ist auch möglich,
dass das Einführen
selbst die Erzeugung der Vertiefung mit der letztendlich gewünschten
Gestalt verursacht.
In
diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn die Erzeugung
der wenigstens einen Vertiefung mittels dem Fertigungsverfahren „Rollieren" fertiggestellt wird.
Dazu wird auf die äußere Oberfläche des
Gehäuses
bevorzugt ein Rollwerkzeug aufgesetzt, welches eine radial einwärts gerichtete
Kraft hin zur Zentrumsachse auf einen Teil der Vertiefung ausübt. Dabei
kommt es zu einer elastischen und plastischen Verformung des Gehäuses im Bereich
der Vertiefung. Dies führt
zu einer erhöhten Klemmkraft
zwischen den Tragabschnitten der Vertiefung des Gehäuses und
der Erhebung des Mantelrohres.
Außerdem wird
auch vorgeschlagen, dass zunächst
eine Abgasreinigungskomponente umfassend ein wenigstens eine Erhebung
aufweisendes Mantelrohr fertiggestellt wird, welches anschließend in
das Gehäuse
eingeführt
wird. Damit ist insbesondere gemeint, dass die Abgasreinigungskomponente als
solche fertiggestellt wird, also vor dem Einführen in das Gehäuse bereits
alle erforderlichen Komponenten bzw. Elemente in dem Mantelrohr
angeordnet sind, die zur Erfüllung
der Funktion der Abgasreinigungskomponente erforderlich sind. Hierbei
ist insbesondere gemeint, dass die erforderlichen inneren Strukturen
miteinander verbunden sind, die erforderlichen Beschichtungen aufweisen,
etc.
Gemäß noch einer
weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden zusätzlich fügetechnische Verbindungen zwischen
der wenigstens einen Erhebung und der wenigstens einen Vertiefung
ausgebildet, insbesondere unter Verwendung eines Zusatzwerkstoffs.
Damit ist einerseits gemeint, dass beispielsweise ein Haftmittel
aufgetragen wird, welches zumindest bis zur Ausgestaltung der gewünschten Klemmkraft
bzw. Erhebung/Vertiefung die Lage der Abgasreinigungskomponente
im Gehäuse
sicherstellt. Es ist aber auch möglich,
dass (zusätzlich)
Verbindungstechniken nach dem Prinzip des Stoffschlusses eingesetzt
werden, beispielsweise Verlöten
bzw. Verschweißen.
Diese unterstützen
gegebenenfalls die später
z. T. auftretenden Diffusionsverschweißungen nahe der Kontaktbereiche
von Erhebung und Vertiefung.
Die
Erfindung sowie deren technisches Umfeld wird nachfolgend mit Bezug
auf die Figuren erläutert.
Dabei sei darauf hingewiesen, dass die Figuren besonders bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung zeigen, auf welche die Erfindung jedoch nicht begrenzt
ist. Es zeigen:
1:
eine Ansicht zweier Ausgestaltungen der Halterung im Teilquerschnitt;
2 zwei
Detailansichten eines Schiebesitzes;
3 schematisch
und mit einer Teilvergrößerung eine
Abgasanlage;
4 den
Ablauf eines Verfahrens zur Herstellung einer Halterung;
5 eine
weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Halterung
mit einer Schnappverbindung; und
6 Detailansichten
einer Ausgestaltung der Schnappverbindung beim Montieren der Abgasreinigungskomponente.
1 zeigt
schematisch und in einem Querschnitt zwei unterschiedliche Ausgestaltungen
einer erfindungsgemäßen Halterung.
Die Zentrumsachse 3 stellt dabei eine Art Grenze im Hinblick
auf die Darstellung zweier Ausführungsbeispiele
dar. Grundsätzlich
sind die gezeigten Ausführungsformen
rotationssymmetrisch, so dass die Zentrumsachse 3 eine Spiegelachse
darstellen würde.
Hier wurde zur Erläuterung
unterschiedlicher Ausgestaltungen des Mantelrohres bzw. des Schiebesitzes
aber die geteilte Darstellung gewählt.
Beide
Teilansichten in 1 zeigen eine Halterung für eine Abgasreinigungskomponente 1 in
einem Gehäuse 2,
wobei das Gehäuse 2 einstückig ausgebildet
ist und wenigstens eine nach innen hin zu einer Zentrumsachse 3 gerichtete
Vertiefung 4 aufweist. Die Abgasreinigungskomponente 1 hat auch
ein metallisches Mantelrohr 5 mit einer nach außen gerichteten
Erhebung 6. Die Vertiefung 4 und die Erhebung 6 bilden
zusammen einen Schiebesitz, welcher der alleinige Kontakt der Abgasreinigungskomponente 1 mit
dem Gehäuse 2 darstellt.
Bezüglich
der oben in 1 dargestellten Ausführungsvariante
ist dieser Schiebesitz als selbsthemmender Schiebesitz ausgebildet.
In der unten dargestellten Ausführungsvariante
ist ein Zusatzwerkstoff 15 vorgesehen, der eine dauerhafte
Fixierung der Abgasreinigungskomponente 1 im Gehäuse 2 über den Schiebesitz
gewährleistet.
Im letztgenannten Fall ist der Schiebesitz primär auch eine Zentriervorrichtung, wobei
durch den Zusatzwerkstoff 15 gleichzeitig eine tragende
Funktion übernommen
wird.
Die
Abgasreinigungskomponente 1 wird dabei in Richtung des
Pfeils 19 in das Gehäuse 2 eingeführt. Die
konisch ausgebildete Vertiefung 4 und die Erhebung 6 kommen
dabei schließlich
in Kontakt, wobei infolge eines Drucks in Richtung des Pfeils 19 ein
inniger Kontakt von Erhebung 6 und Vertiefung 4 generiert
wird. Dazu sind die Konen der Vertiefung 4 und der Erhebung 6 gleich
ausgerichtet, weisen jedoch einen unterschiedlichen Öffnungswinkel
auf. Bei der oben dargestellten Ausführungsvariante ist das Mantelrohr 5 im
wesentlichen zylindrisch ausgeführt,
und weist relativ mittig eine einzelne, umlaufende Erhebung 6 auf.
Grundsätzlich
ist es aber möglich, dass
die Erhebung 6 nahe einer der Stirnseiten der Abgasreinigungskomponente
angeordnet ist. Das metallische Mantelrohr 5 ragt zudem über den
innen angeordneten Wabenkörper 12 in
beide Richtungen parallel zur Zentrumsachse 3 hinaus.
Mit
Bezug auf das unten in 1 dargestellte Mantelrohr 5 sind
an den Stirnseiten ein Flansch 17 sowie eine Leitstruktur 18 zu
erkennen. Diese sind insbesondere unter Berücksichtigung des Strömungsverhaltens
des Abgases vorgesehen. Das Abgas, welches ebenfalls bevorzugt in
Richtung des Pfeils 19 durch den Wabenkörper 12 strömt, wird durch
den eingangs vorgesehen Flansch 17 daran gehindert, im
Bereich um das Mantelrohr 5 zu verwirbeln bzw. dort in
einem Totraum nicht umgesetzt werden. Hierbei kann es unter Umständen sinnvoll
sein, dass ein zusätzlicher
Kontakt des Mantelrohres 5 mit dem Gehäuse 2 vorgesehen ist,
dieser aber vordergründig
eine Dichtfunktion hat. Auf der gegenüberliegenden Seite des Wabenkörpers 12 ist
eine Leitstruktur 18 vorgesehen, hier beispielsweise in Form
eines Diffusors. Damit wird das Abströmverhalten des ausströmenden Abgases
beeinflusst, beispielsweise im wiederum Toträume in der Umgebung des Mantelrohres 5 zu
vermeiden. Ergänzend
sei auch noch darauf hingewiesen, dass sich aus der 1 entnehmen
lässt,
dass das Mantelrohr 5 eine Länge 11 hat, die kleiner
ist, als die Erstreckung 10 des Gehäuses 2. Insbesondere
liegen im Bereich der Erstreckung 10 keine Verbindungsstellen,
Schweißnähte etc.
des Gehäuses 2 vor.
Aus
der dargestellten Ausführungsform
lässt sich
noch ein weiterer Vorteil erkennen. Der Wabenkörper 12 ist nicht über seine
gesamte Umfangsfläche
mit dem Mantelrohr 5 in Kontakt. Im Bereich der Erhebung 6 ist
ein Luftspalt oder ähnliches
vorgesehen, der einen Wärmeübergang
vom Wabenkörper 12 auf
das Mantelrohr 5 in diesem Bereich unterbindet bzw. stark
behindert. Dieser Bereich stellt jedoch gleichzeitig den einzigen
Kontakt mit dem Gehäuse 2 über die
Vertiefung 4 dar. Das hat den Vorteil, dass diese Halterung
verhindert, dass ein unerwünscht großer und
schneller Abtransport von Wärme
vom Wabenkörper 12 hin
zum Gehäuse 2 (und/oder
umgekehrt) stattfindet. Dies spielt insbesondere beim Kaltstart
eines solchen Systems eine entscheidende Rolle, während dem
das Abgas auf einen kalten Wabenkörper 12 trifft. Um
ein möglichst
rasches Anspringen bzw. eine zeitnahe Aktivierung der Abgasreinigungskomponente 1 zu
ermöglichen,
ist es in der Regel erforderlich, die Beschichtungen des Wabenkörpers 12 auf
eine Temperatur zu erwärmen.
Dies geschieht üblicherweise
durch den Kontakt mit dem erzeugten Abgas. Die Entkopplung des Wärmeflusses
vom Wabenkörper 12 hin
zum Gehäuse 2 führt dazu,
dass die übergebene
Wärmeenergie
größtenteils
im Wabenkörper 12 und
somit in der Beschichtung bleibt. Dadurch können die Zeiten bis zum Anspringen
von chemischen Reaktionen reduziert werden.
2 zeigt
zwei Detailansichten des Schiebesitzes. Insbesondere sind Teilbereiche
der Vertiefung 4 des Gehäuses 2 sowie der Erhebung 6 des Mantelrohres 5 dargestellt.
Beide Komponenten, die Vertiefung 4 und die Erhebung 6,
weisen einen Tragabschnitt 7 auf, der im wesentlichen konisch
gestaltet ist. Die Vertiefung 4 hat einen zweiten Winkel
zwischen Tragabschnitt 7 und der Zentrumsachse 3,
der hier mit 9 gekennzeichnet ist. Die Erhebung 6 weist ebenfalls
einen ersten Winkel 8 zwischen Tragabschnitt 7 und
der Zentrumsachse 3 auf. Wie hier zu erkennen ist, ist
der zweite Winkel 9 größer ausgeführt als
der erste Winkel 8. Dadurch ergibt sich zunächst nur
ein relativ kleiner Kontaktbereich 16 zwischen Erhebung 6 und
Vertiefung 4 nach dem Einschieben der Abgasreinigungskompo nente 1.
Deshalb wird mit Hilfe des Fertigungsverfahrens Rollieren der Kontaktbereich 16 nachträglich so
vergrößert, dass
er im wesentlichen dem gewünschten
Tragabschnitt 7 entspricht. Dazu wird auf die äußere Oberfläche der
Vertiefung 4 eine Walze mit einer bestimmten Vordruckkraft
in Kraftrichtung 21 aufgesetzt und fährt die Vertiefung ab. Dafür ist die
Walze 20 um eine Rotationsachse 22 rotierbar gestaltet.
Die Lauffläche
der Walze 20 entspricht dabei bevorzugt der gewünschten
Ausgestaltung der Vertiefung 2 um eine möglichst
gleichmäßige Beanspruchung
bzw. Verformung der Vertiefung 4 zu gewährleisten.
3 zeigt
eine Abgasanlage 13, wobei das Abgas in einer mobilen Verbrennungskraftmaschine 14 generiert
und anschließend
in Richtung des Pfeils schließlich
an die Umgebung abgegeben wird. Dabei durchströmt das Abgas eine Mehrzahl
unterschiedlicher Abgasreinigungskomponenten. In der dargestellten
Ausführungsform
durchströmt
das Abgas zunächst
einen Vor-Katalysator 23 (bevorzugt ein Oxidationskatalysator),
anschließend
einen Turbolader 24 und, vergrößert dargestellt, einen ersten
Wabenkörper 12,
der mit zumindest teilweise strukturierten Blechlagen 27 gebildet
ist und eine Vielzahl im wesentlichen parallel zueinander angeordnete
Kanäle 26 aufweist.
Stromabwärts
dieses Wabenkörpers 12 ist
ein konusförmiger
Wabenkörper 12 vorgesehen, der
ebenfalls mit Blechlagen 27 aufgebaut ist. Anschließend durchströmt das Abgas
noch einen Schalldämpfer 25,
bevor es schließlich
aus der Abgasanlage 13 austritt. Aus der vergrößerten Darstellung
des Gehäuses 2 lässt sich
erkennen, dass das Gehäuse 2 mit
mehreren Vertiefungen 4 versehen ist, die jeweils mit einer
Erhebung 6 einer Abgasreinigungskomponente 1 zusammenwirken.
4 zeigt
schematisch den Ablauf einer Ausgestaltung eines Verfahrens zur
Herstellung einer Halterung für
eine Abgasreinigungskomponente 1 in einem Gehäuse 2.
Im ersten Schritt wird das Gehäuse 2 mit
einer im wesentlichen zylindrischen Form und einer Zentrumsachse 3 hergestellt,
wobei gleichzeitig eine Vertie fung 4 generiert wurde. Gemäß Schritt 2 wird
ein Wabenkörper 12 zu
einer Vielzahl von Blechlagen 27 gebildet, außen mit
einem Haftmittel 28 versehen und in ein Mantelrohr 5 eingeführt, das
ebenfalls bereits mit einer Erhebung 6 versehen ist.
Diese
Kombination aus Wabenkörper 12 und Mantelrohr 5 wird
nun in einem Ofen 29 so thermisch behandelt, dass sich
zwischen den Blechlagen 27 des Wabenkörpers 12 sowie auch
hin zu dem Mantelrohr 5 Verbindungen ausbilden. Die so
vorbereitete Abgasreinigungskomponente 1 wird nun von einer Seite
her in das Gehäuse 2 eingeführt (die
Einführrichtung
ist mit den Pfeilen 19 gekennzeichnet), bis die Erhebung 6 des
Mantelrohres 5 an der Vertiefung 4 des Gehäuses 2 zum
Anliegen kommt. Nun wird zum Beispiel ein Heizer 30 (z.B.
ein Schweißgerät) eingesetzt,
um dauerhafte Verbindungen von Gehäuse 2 und Mantelrohr 5 zu
gewährleisten.
5 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Halterung
mit einer Schnappverbindung 31 im Halbquerschnitt. Das
Gehäuse 2 ist
dabei wiederum mit einer Vertiefung 4 ausgeführt die
als Schiebesitz ausgeführt
und als einziger Haltebereich mit dem innenliegenden Mantelrohr 5 vorgesehen
ist. Das Mantelrohr 5 weist bei dieser Ausgestaltung der
Abgasreinigungskomponente 1 eine Länge 11 auf, die kleiner
bzw. kürzer
als die Ausdehnung 33 des Wabenkörpers 12 ist. Dadurch weist
das Mantelrohr 5 eine geringe Wärmekapazität auf, was durch die (gestrichelt
dargestellten) Löcher 32 im
Mantelrohr 5 weiter begünstigt
wird. Die Schnappverbindung kann sowohl nur punktuell als auch (ggf.
abschnittsweise) umlaufend ausgebildet sein. Die Wirkung wird nun
anhand der Darstellungen in 6 näher erläutert.
In
der 6 sind Detailansichten einer Ausgestaltung der
Schnappverbindung 31 beim Montieren der Abgasreinigungskomponente
dargestellt. In der linken Dar stellung (mit I gekennzeichnet) ist
der Einführvorgang
des Mantelrohres 5 in das Gehäuse 2 dargestellt,
kurz bevor die gewünschte
axiale Position des Mantelrohres 5 erreicht ist. Auf der
Oberfläche
der relativ steif ausgebildeten Erhebung 6 ist (mindestens)
ein Vorsprung 35 vorgesehen. Dieser Vorsprung 35 kann
selbst Teil der Erhebung 6 sein, es ist aber auch möglich, dass
er (wie hier dargestellt) ein separates Bauelement sein, insbesondere ein
Materialauftrag, etc. (z.B. Schweißraupe). Beim Einführen des
Mantelrohres 5 (in Richtung des unten dargestellten Pfeils)
bewirkt der Vorsprung 34 eine elastische Deformierung der
relativ biegeweichen Vertiefung 4 des Gehäuses 2.
Dabei wird die Vertiefung 4 in Pfeilrichtung aufgebogen,
so dass der Vorsprung 34 unter der Vertiefung 4 hindurchrutschen kann.
Hat der Vorsprung 34 die entsprechende Ausnehmung 35 in
der Vertiefung 4 erreicht, biegt sich der elastisch verformte
Bereich zurück
(siehe mit II gekennzeichnete Darstellung), wobei üblicherweise ein
Klicken oder Schnappen vernommen wird, welches dieser Verbindungsart
ihren Namen gegeben hat. Die Ausgestaltung von Vorsprung 34 und
Ausnehmung 35 ist dabei bevorzugt formschlüssig und/oder
sogar kraftschlüssig.
Die Schnappverbindung 31 sollte sich vorteilhafterweise
nur mit Kräften einrichten
lassen, die bei dem Einsatz der Abgasreinigungskomponente schließlich nicht
entstehen, um ein unerwünschtes Öffnen der
Schnappverbindung 31 zu vermeiden. Unter Umständen ist
es hierzu erforderlich, entsprechende Sicherungsmaßnahmen von
außerhalb
des Gehäuses 2 vorzunehmen,
beispielsweise um eine erneutes elastisches Aufbiegen zu verhindern.
Die
hier beschriebenen Ausführungsbeispiele
sind besonders einfach herstellbar und erlauben gleichzeitig eine
exakte und dauerhafte Fixierung der Abgasreinigungskomponente im
Abgassystem von Automobilen oder ähnlichen Anwendungen, bei denen
insbesondere thermische und/oder dynamische Wechselbeanspruchungen
auftreten.