DE3638050A1 - Abgasreinigungsgeraet - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Abgasreinigungsgerät, d.h.
einen Abgaskonverter oder einen Rußfilter, insbesondere für
Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen, mit wenigstens einem
in ein tragendes Metallgehäuse unter Zwischenordnung eines
Federkissens eingebetteten monolithischen Keramikkörper.
Monolithische Keramikkörper, insbesondere in der meist ver
wendeten Wabenstruktur, wie sie bei Abgaskonvertern und Ruß
filtern zum Einsatz kommen, sind in ihren geometrischen Kon
turen mit größeren Ungleichförmigkeiten behaftet. Neben
einem Achsdurchhang, d.h. einer Krümmung der Längsachse,
treten auch Formabweichungen im Querschnitt und örtliche
Verdickungen auf. Demgegenüber ist das Gehäuse, in welches
der monolithische Keramikkörper - ggfs. auch mehrere hinter
einander angeordnete Keramikkörper - eingebettet wird, aus
Stahlblech gefertigt, und zwar entweder in Form von Zieh
schalen oder in Wickelbauweise, und deshalb in seiner geometrischen
Form wesentlich gleichmäßiger. Dadurch, daß der Einbauspalt zwi
schen Monolith und Gehäuse, in dem das Federkissen (Quell
matte oder Drahtgestrick oder Mischformen aus diesen) ange
ordnet ist, über den gesamten Umfang und die Länge des mono
lithischen Keramikkörpers auf Nominalmaß ausgelegt ist,
kommt es durch die Ungleichförmigkeiten der Keramikkörper
im Gehäuse zu örtlichen Spannungsspitzen, die zum Bruch des
Keramikkörpers quer zur Längsachse oder zu örtlichen Aus
brüchen führen können. Ursachen sind hauptsächlich Biegebe
anspruchungen, denen Zugspannungen infolge Wärmedehnungs
differenzen zwischen Gehäuse und Keramikkörper überlagert
sein können. Die Zugspannungen werden durch Reibschluß
zwischen der Oberfläche des Keramikkörpers, dem Federkissen
und der Gehäuseoberfläche übertragen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Abgasrei
nigungsgerät der eingangs genannten Art so auszugestalten,
daß die Spannungsspitzen und Kräfte durch Ungleichförmigkeiten
der eingebetteten Monolithe abgebaut werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß
das Gehäuse und/oder das Federkissen derart ausgebildet sind,
daß jeder Körper nur in einem mittigen oder im Bereich seiner
Enden liegenden, gegenüber der Länge des Keramikkörpers ver
kürzten, Spannbereich den durch das Federkissen zu übertra
genden nominalen Spannkräften ausgesetzt ist, wobei in Weiter
bildung der Erfindung die Gesamtlänge des Spannbereichs ca.
ein Drittel der Länge des Keramikkörpers betragen soll.
Durch diese besondere Art der Einspannung, bei der die Nominalspan
nung nicht über die gesamte Länge des Keramikkörpers ange
strebt wird, sondern entweder nur in einem Drittel der Länge
im Bereich des Körperschwerpunktes oder aber je einem Sechstel
im Bereich der Enden des Keramikkörpers, lassen sich die ein
gangs angesprochenen Keramikkörperbrüche weitestgehend ver
meiden.
Neben einer ungleichförmigen Dickenausbildung des Federkissens
bei ansonsten zylindrischer Ausbildung des Gehäuses (dabei
kann es sich je nach der Querschnittsform des Keramikkörpers
um Kreiszylinder oder elliptische Zylinder handeln) hat es
sich dabei als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn man, ggfs.
zusätzlich zur Änderung der Federkissendicke über die Länge
des Keramikkörpers, außerhalb des gewünschten Spannbereichs
eine Querschnittserweiterung des Gehäuses vorsieht.
Dabei kann gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung
vorgesehen sein, daß das im Spannbereich im wesentlichen zy
lindrische Gehäuse außerhalb des Spannbereichs bombiert aus
gebildet ist, derart, daß sich von den Rändern der Spannbe
reiche aus die Spannungen auf den Keramikkörper kontinuierlich
abbauen.
Bei Verlagerung des Spannbereichs in den Bereich des Keramik
körper-Schwerpunktes kann auch eine weitere Ausführungsvariante
vorgesehen sein, bei der das Gehäuse in der Schwerpunktslinie
auf Nominalspalt ausgelegt und zu den Rändern des Monolithen
konkav erweitert ist.
In allen Fällen ist es dabei zweckmäßig, das Gehäuse unmittel
bar im Bereich der Stirnflächen eines eingebetteten Keramik
körpers im Durchmesser bis etwa auf den Durchmesser des Ke
ramikkörpers oder sogar einen etwas geringeren Durchmesser
einzuziehen, um auf diese Art und Weise neben einer exakten auch
axialen Lagerung des Federkissens dieses von den heißen Ab
gasen abzuschirmen und dabei insbesondere ein Ausblasen des
Federkissens bei Verwendung von Quellmatten, oder aber auch
einen Bypass für das Abgas am Keramikkörper vorbei zu ver
meiden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er
geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausfüh
rungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines mit Achsdurchhang be
hafteten monolithischen Keramikkörpers für Abgaskon
verter und Rußfilter,
Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Keramikkörper mit einer
örtlichen Verdickung und
Fig. 3 bis 5 schematische Teillängsschnitte durch Abgasreini
gungsgeräte mit unterschiedlicher Ausbildung des
Gehäuses zur Erreichung des erfindungsgemäßen
Spannungsspitzen- und Kräfte-Abbaus.
Zur gefahrfreien, insbesondere bruchsicheren Einbettung ungleich
förmiger monolithischer Keramikkörper 1, wie sie etwa in den
Fig. 1 und 2 angedeutet sind, ist bei dem Ausführungsbei
spiel nach Fig. 3-5 das Gehäuse 3, welches in üblicher Weise
aus Ziehschalen oder in Wickelbauweise aufgebaut sein kann, so
ausgebildet, daß es im Lagerbereich, d.h. über die Länge jedes
monolithischen Keramikkörpers 1 (von denen der rechte nur ab
gebrochen verkürzt dargestellt ist), eine sich ändernde Quer
schnittsform aufweist. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3
soll jeder Keramikkörper etwa auf einem Drittel seiner Gesamt
länge im Bereich des Körperschwerpunkts S, d.h. der Linie Y,
den nominalen Spannkräften ausgesetzt sein, d.h. das Gehäuse
3 ist in diesem Abschnitt 3 a auf den Nominalspalt s ausgelegt
und erweitert sich zu den Stirnenden 4 des Keramikkörpers hin
nach außen entweder, wie dargestellt, im wesentlichen linear
oder konvex oder konkav, jedenfalls in einer Weise, daß aus
gehend von dem mittigen Spannbereich in den äußeren Abschnit
ten 3 b die Spannungen auf den Keramikkörper 1 sich kontinu
ierlich abbauen. Etwa in Höhe der Stirnenden 4 ist das Ge
häuse in den Bereichen 3 c, d.h. den Einlauftrichtern bzw. den
Zwischenabschnitten 3 d, zum Einbettungsbereich des nächsten
Keramikkörpers 1 etwa auf den Durchmesser des Keramikkörpers
1 eingezogen.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 sind zwei, jeweils ein
Sechstel der Gesamtlänge des Keramikkörpers 1 betragende,
Spannbereiche 3 a′ im Bereich der beiden Enden des Keramik
körpers 1 vorgesehen, während das Gehäuse im mittleren Ab
schnitt 3 b′ bombiert ausgebildet ist, wobei die größte Dicke
- und demzufolge der Bereich geringster Spannungen auf den
Keramikkörper 1 - in der Schwerpunktslinie Y liegt.
Die Fig. 5 zeigt schließlich eine Ausführungsform, bei der
der Spannbereich mittig angeordnet ist, jedoch das Gehäuse in
der Schwerpunktslinie Y auf Nominalspalt ausgelegt und zu den
Rändern 4 des Keramikkörpers 1 konkav erweitert ist. Der Be
reich maximaler Spannung ist hier quasi auf einen Punkt ver
kürzt und nimmt unmittelbar von der Mitte ausgehend zu den
Enden des Keramikkörpers 1 ab. Im Hinblick auf den dabei meist
gewählten sehr großen konkaven Krümmungsradius ist allerdings
die Abnahme in der Mitte vernachlässigbar, so daß nach wie
vor etwa ein Bereich von ca. einem Drittel der Gesamtlänge des
Keramikkörpers den nominalen Spannkräften ausgesetzt ist.
Das Federkissen 5 kann in allen Fällen bevorzugt aus einer
Quellmatte, einem Drahtgestrick oder einer Mischform aus
einem Drahtgestrick mit Keramikfasern bestehen. Darüber
hinaus wäre es selbstverständlich auch möglich, die erfindungs
gemäße Bauform auch für Abgaskonverter und Rußfilter zu ver
wenden, die einen zweischaligen Aufbau mit einem lnnengehäuse
und einem Außengehäuse besitzen, wobei ggfs. das Federkissen
durchgehend sich vom Eingang des Einlaßtrichters 3 c bis zum
Ende des in den Figuren nicht gezeigten Auslaßtrichters er
strecken kann.
Claims (4)
1. Abgasreinigungsgerät, insbesondere für Verbrennungsmotoren
in Kraftfahrzeugen, mit wenigstens einem in ein tragendes
Metallgehäuse unter Zwischenordnung eines Federkissens ein
gebetteten monolithischen Keramikkörper, dadurch gekennzeich
net, daß das Gehäuse (3) und/oder das Federkissen (5) der
artig ausgebildet sind, daß jeder Keramikkörper (1) nur in
einem mittigen oder im Bereich seiner Enden liegenden,
gegenüber der Länge des Keramikkörpers (1) verkürzten,
Spannbereich (3 a, 3 a′) den durch das Federkissen (5) zu
übertragenden nominalen Spannkräften ausgesetzt ist.
2. Abgasreinigungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Gesamtlänge des Spannbereichs (3 a, 3 a,) ca.
ein Drittel der Länge des Keramikkörpers (1) beträgt.
3. Abgasreinigungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß das im Spannbereich im wesentlichen zylindrische
Gehäuse (3) außerhalb des Spannbereichs bombiert ausgebil
det ist, derart, daß sich von den Rändern der Spannbereiche
aus die Spannungen auf den Keramikkörper (1) kontinuierlich
abbauen.
4. Abgasreinigungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Gehäuse (3 b′′) in der Schwerpunkts
linie auf Nominalspalt ausgelegt und zu den Rändern des
Monolithen konkav erweitert ist.
Priority Applications (1)
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