DE3638050C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Abgasreinigungsgerät, insbesondere für Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen, mit wenigstens einem in ein tragendes Metallgehäuse unter Zwischenordnung eines Federkissens eingebetteten monolithischen Keramikkörper, wobei das Gehäuse und/oder das Federkissen derartig ausgebildet sind, daß jeder Keramikkörper in einem gegenüber der Länge des Keramikkörpers verkürzten Spannbereich den durch das Federkissen zu übertragenden Spannkräften ausgesetzt ist.

Monolithische Keramikkörper, insbesondere in der meist ver­ wendeten Wabenstruktur, wie sie bei Abgaskonvertern und Rußfiltern zum Einsatz kommen, sind in ihren geometrischen Konturen 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 zwischen Monolith und Gehäuse, in dem das Federkissen (Quellmatte oder Drahtgestrick oder Mischformen aus diesen) angeordnet ist, über den gesamten Umfang und die Länge des monolithischen 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 Ausbrüchen führen können. Ursachen sind hauptsächlich Biegebeanspruchungen, denen Zugspannungen infolge Wärmedehnungsdifferenzen zwischen Gehäuse und Keramikkörper überlagert sein können.

Bei einem aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 35 09 790 A1 bekanntgewordenen Abgasreinigungsgerät der eingangs genannten Art ist das tragende Metallgehäuse mit einer Vielzahl von Versteifungssicken versehen, wobei im Bereich dieser Sicken ein erhöhter Spanndruck auftreten kann. Im Hinblick auf die geringe Fläche der Sicken, bezogen sowohl auf den Umfang des Gehäuses als auch die Dicke der Federkissen, ist allerdings die durch die Sicken verursachte erhöhte Spannung nicht allzu groß, da sie sich doch sehr einfach seitlich verteilen kann. Ähnlich liegen die Verhältnisse auch bei einem Abgasreinigungsgerät, wie es in der Patentschrift DE 35 24 775 C1 beschrieben ist, bei dem ebenfalls ein gesicktes Gehäuse vorgesehen ist. Dieses gesickte Gehäuse umgibt dabei allerdings ein weiteres Innengehäuse, in welchem die Monolithen über eine nochmalige getrennte Federmatte gelagert sind, so daß die unterschiedlichen Spannungen in der Federmatte zwischen dem gesickten Gehäuse und dem Innengehäuse sich gar nicht auf den monolithischen Keramikkörper auswirken können.

Diese Sicken mit etwas erhöhter, punktförmig auf den monolithischen Keramikkörper übertragener Spannung infolge des stärker zusammengerückten Federkissens sind ersichtlich für die Lösung der genannten Spannungsprobleme bei verzogenen und insbesondere in der Längsachse gebogenen Keramikkörpern kein taugliches Abhilfemittel, da schon wegen der geringen punktförmigen und darüber hinaus über die gesamte Länge der Keramikkörper verteilten Spannungsspitzen die eigentliche Spannung nicht nur von diesen Spannungsspitzen übernommen werden kann, sondern die eigentliche Lagerung flächig über den Gesamtumfang erfolgen muß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Abgasreinigungsgerät 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 die Gesamtlänge des Spannbereichs ca. ein Drittel der Länge des Keramikkörpers beträgt und daß der Spannbereich nur in der Mitte oder im Bereich der Enden des Keramikkörpers liegt.

Durch diese besondere Art der Einspannung, bei der die Nominalspannung nicht über die gesamte Länge des Keramikkörpers angestrebt 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 eingangs angesprochenen Keramikkörperbrüche weitestgehend vermeiden.

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, ggf. 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 (3)

1. Abgasreinigungsgerät, insbesondere für Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen, mit wenigstens einem in ein tragendes Metallgehäuse unter Zwischenordnung eines Federkissens eingebetteten monolithischen Keramikkörper, wobei das Gehäuse und/oder das Federkissen derartig ausgebildet sind, daß jeder Keramikkörper in einem gegenüber der Länge des Keramikkörpers verkürzten Spannbereich den durch das Federkissen zu übertragenden Spannkräften ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtlänge des Spannbereichs (3 a, 3 a′) ca. ein Drittel der Länge des Keramikkörpers (1) beträgt und daß der Spannbereich nur in der Mitte oder im Bereich der Enden des Keramikkörpers (1) liegt.

2. Abgasreinigungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im Spannbereich im wesentlichen zylindrische Gehäuse (3) außerhalb des Spannbereichs bombiert ausgebildet ist, derart, daß sich von den Rändern der Spannbereiche aus die Spannungen auf den Keramikkörper (1) kontinuierlich abbauen.

3. Abgasreinigungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (3 b′′) in der Schwerpunkts­ linie auf Nominalspalt ausgelegt und zu den Rändern des Monolithen konkav erweitert ist.