DE3939491A1

DE3939491A1 - Abgasreinigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE3939491A1
Application number: DE3939491A
Authority: DE
Inventors: Masayoshi Usui; Haruo Serizawa
Original assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Current assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Priority date: 1988-11-30
Filing date: 1989-11-29
Publication date: 1990-07-12
Also published as: KR940001538B1; JPH0276118U; KR900008150A; US4988483A; JPH0619793Y2; DE8914079U1

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung mit: einem Wabenkernkörper, der zur Aufnahme eines Abgasreinigungskatalysators ausgelegt ist und aus einem ebenen Band aus dünnem Metallblech und einem gewellten Band aus dünnem Metallblech zusammengesetzt ist, wobei das flache Band und das gewellte Band zu einer spiralförmigen oder Laminat- Struktur mit vielen netzwerkartigen Gasdurchlässen entlang der Mittelachse besitzt, übereinandergelegt sind; einem rohrfömigen Metallgehäuse, das an den gegenüberliegenden Enden offen ist, wobei der Wabenkörper in das rohrförmige Metallgehäuse eingepaßt und an diesem befestigt ist.

Die Erfindung bezieht sich also auf eine Abgasreinigungsvorrichtung, die üblicherweise in das Abgassystem eines Kraftfahrzeugs eingebaut wird. Die Abgasreinigungsvorrichtung weist einen metallischen waben förmigen Kernkörper auf, der mit Abgasreinigungskatalysator beladen und in ein röhrenförmiges Metallgehäuse eingepaßt ist.

Die Erfindung betrifft insbesondere eine Abgasreinigungs vorrichtung, deren Bauteile so fest miteinander verbunden sind, so daß diese sich trotz thermischer Belastungen nicht voneinander trennen, Risse bilden und anderweitig brechen.

Derartige Abgasreinigungsvorrichtungen werden bisher wie folgt hergestellt:

Ein ebenes, hitzebeständiges, dünnes - 0,1 mm oder weniger dickes - Metallblechband und ein gewelltes, gleichartiges Metallblechband werden so übereinander gelegt, daß die Bänder sich berühren. Die Bänder werden dann spiralförmig zu einer wabenförmigen Struktur zusammengerollt, die entlang der Mittelachse viele netzwerkartige Gasdurchlässe besitzt. Durch die Gasdurchlässe können dann die Abgase passieren. Diese Struktur wird nachstehend als Wabenkörper oder Kernkörper be zeichnet. Der Wabenkörper wird dann in ein rohrförmiges, aus einer Schicht bestehendes Metallgehäuse, das an beiden Enden offen ist, eingeschlossen. Dann werden Wabenkörper und rohrförmige Metallgehäuse, beispielsweise durch Verlöten, miteinander fest verbunden, so daß diese den thermischen Belastungen widerstehen können; die Belastungen entstehen aufgrund der hohen Abgastemperaturen und der exothermen Re aktion zwischen Abgas und Abgasreinigungskatalysator. Die verlötete Abgasreinigungsvorrichtung muß auch den starken Vibrationen beim Betrieb des Kraftfahrzeugs standhalten. Die Teile des Wabenkernkörpers, d. h. das flache und das gewellte Band, werden in den Kontaktbereichen in bekannter Weise miteinander verbunden.

Eine solche konventionelle Anordnung ist jedoch nicht be ständig. Sie neigt bspw. dazu, daß sich die außengelegenen Oberflächen des Wabenkernkörpers, "Wabenkörperaußenwand", und die innengelegenen Oberflächen des Metallgehäuses, "Ge häuseinnenwand", in Richtung der Wabenkörperachse, d. h. in der Abgasflußrichtung, voneinander lösen. Die Loslösung er folgt wegen der Temperaturdifferenz zwischen dem inneren Wabenkernkörper und dem der Außenatmosphäre ausgesetzten umgebenden Metallgehäuse. Dabei entstehen zuerst an den Wabenkörperteilen, d. h. den flachen und gewellten Bändern, Risse oder die Teile brechen auseinander; den Loslösungsprozeß unterstützen die Vibrationen von Motor und Karosserie.

Bei der Untersuchung dieses Problems stellte sich heraus, daß es nicht genügt, einfach den Wabenkernkörper und das Metallgehäuse fest miteinander zu verbinden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Abgasreinigungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei der sich Wabenkörperaußenwand und Gehäuseinnenwand nicht voneinander lösen oder trennen, ohne daß die Teile völlig miteinander verbunden werden müssen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine gattungsgemäße Vorrichtung, bei der der Wabenkörper, ausgenommen an den beiden Randbereichen, die an die gegenüberliegenden Enden des Wabenkörpers anstoßen, eine Vertiefung in der Außenwand besitzt, so daß die Außenwand des Wabenkörpers an den Vertiefungen nicht die Innenwand des rohrförmigen Metallgehäuses berührt.

Es wird also erfindungsgemäß eine Abgasreinigungsvorrichtung zur Verfügung gestellt, die aufweist:

- einen zur Aufnahme von Abgasreinigungskatalysator ausgelegten Wabenkernkörper aus einem ebenen-dünnen und einem gewellten Metallblechband wobei das ebene und das gewellte Band zu einer Spirale oder einer geschichteten Struktur übereinander gelegt sind, so daß er viele netzwerkartige Gasdurchlässe entlang der Mittelachse besitzt;
- ein rohrförmiges Metallgehäuse mit gegenüberliegenden offenen Enden, in dem der Wabenkernkörper angeordnet und mit diesem verbunden ist;
- Vertiefungen in der Außenwand des Wabenkörpers - davon ausgenommen sind die beiden Bereiche, die an die gegen überliegenden Enden des Wabenkernkörpers angrenzen - wobei die Wabenkörperaußenwand die Metallgehäuseinnenwand an den Vertiefungen nicht berührt.

Diese Vertiefungen können Spannungen aufgrund der thermischen Belastungen absorbieren bzw. abbauen.

Die obengenannten und weitere erfindungsgemäße Ziele, Merk male und Vorteile sind dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen ersichtlich. Es werden bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformen bei spielhaft beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Wabenkernkörpers mit einer rillenförmigen Vertiefung in der Außenwand;

Fig. 2 einen Längsschnitt einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung;

Fig. 3 einen Längsschnitt einer modifizierten zweiten Aus führungsform der erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrich tung; und

Fig. 4 einen Längsschnitt einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung.

Die Erfindung ist insbesondere für Abgasreinigungsvorrich tungen, nachstehend auch "Reinigungsvorrichtungen" genannt, geeignet.

Die erfindungswesentlichen Merkmale liegen in der neuen Struktur des Wabenkernkörpers. Der Kernkörper ist in ein Metallgehäuse eingeschlossen und mit diesem verbunden. Der Wabenkernkörper weist in der außen gelegenen Wandoberfläche, der Außenwand, eine Vertiefung auf, so daß die Waben körperaußenwand im Bereich der Vertiefung mit der Metallge häuseinnenwand nicht in Kontakt steht.

Die Vertiefung umfaßt bspw. eine oder mehrere Rillen, die den Wabenkernkörper kreisförmig umgeben. Die einzelne Rille ist gewöhnlich U-förmig, V-förmig oder rechtwinkelig im Querschnitt.

Die erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung ist, wenn sie in der Wabenkörperaußenwand diese Vertiefungen besitzt, bei den extremen Bedingungen, insbesondere bei hohen Außen- Temperaturen, länger haltbar.

Eine Abgasreinigungsvorrichtung mit zylindrischem Metallwa benkörper ist im Zentralbereich (axialer Kernbereich und angrenzende Bereiche), verglichen zu den Außenteilen, hohen Temperaturen ausgesetzt. Gründe hierfür sind die unter schiedliche Verteilung der durchgehenden Abgasmengen durch den Wabenkernkörper (der größte Teil der Abgase geht durch den Zentralbereich des Körpers hindurch) und die exotherme Katalysereaktion zwischen Abgasen und Abgasreinigungskata lysator auf der Wabenkörperoberfläche.

Es besteht also ein beträchtlicher Temperaturgradient zwi schen den Außenteilen und den daran anschließenden Innenteilen, verglichen mit dem Gradienten zwischen dem Kernbereich und dessen Umgebung. Wenn der Wabenkörper am Metallgehäuse befestigt ist, das der äußeren Umgebung ausgesetzt ist, so erhöht sich nochmals das Loslösungsbestreben der Teile.

Dies hat zur Folge, daß wabenförmige Kernstruktur und Metallgehäuse - selbst wenn die Wabenkörperaußenwand mit der Metallgehäuseinnenwand verlötet ist - dazu neigen, sich im Laufe der Zeit voneinander lösen. Um diese Loslösungserscheinung zu verzögern oder zu verhindern, ist es notwendig, die thermischen Spannungsbelastungen an den äußeren Teilen des Wabenkernkörpers zu vermindern.

Der erfindungsgemäße Wabenkernkörper besitzt deshalb in der Außenwand eine Vertiefung. Diese Vertiefung dient dazu, auf grund der thermischen Belastung auftretende Spannungen an der Außenwand des Wabenkernkörpers zu absorbieren, so daß die Haltbarkeit der erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung erheblich verbessert ist.

Die erfindungsgemäße Abgasreinigungsvorrichtung besitzt, da die Wabenkörperaußenwand im Bereich der Vertiefung nicht die Gehäuseinnenwand berührt, unter anderem folgende Vorteile:

i) Die Vertiefung in der Außenwand absorbiert wirksam die axialen thermischen Belastungsspannungen, die sonst eine Los lösung des Wabenkernkörpers vom Metallgehäuse bewirken würden. Es werden also Risse oder andere Bruchbildungen zwi schen Wabenkernkörper/Metallgehäuse und zwischen dem ebenen und dem gewellten Band im Innern des Wabenkernkörpers verhindert.
ii) Ferner erfolgt eine gleichmäßigere Verteilung des Ab gasflusses, da der Durchgangswiderstand für die Abgase im Außenwandbereich des Wabenkernkörpers durch die Vertiefung verringert ist. Ein verminderter Motorwirkungsgrad aufgrund eines Druckverlustes wird also vermieden. Die Abgase werden auch gleichmäßiger mit dem Katalysator kontaktiert, so daß die Abgasreinigungseffizienz verbessert ist.
iii) Ferner wird in der Vertiefung ein turbulenter Abgasfluß verursacht, so daß Abgase, die entlang der Vertiefung hindurchgehen, gleichmäßiger gereinigt werden.

Die Erfindung wird nunmehr anhand der folgenden Ausfüh rungsbeispiele im einzelnen beschrieben; die Erfindung be schränkt sich jedoch nicht auf diese speziellen Beispiele.

Fig. 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Wabenkern körpers 1. Fig. 2 zeigt einen Teil-Längsschnitt eines Wabenkernkörpers 1. Der Wabenkernkörper ist in ein Metallgehäuse eingeschlossen und an diesem befestigt. Der Wabenkernkörper 1 wird dadurch hergestellt, daß ein ebenes Band 11 aus hitzebeständigem dünnem Stahlblech und ein ge welltes Band 12 aus einem gleichartigen dünnen Stahlblech übereinandergelegt werden, so daß diese sich berühren, und dann die Teile zu einer Spiralform gerollt werden. Der so erhältliche Wabenkernkörper 1 besitzt viele netzwerkartige Gasdurchlässe 13.

Für das ebene Band 11 wird ein hitzebeständiges Stahlblech verwendet, das 0,04 mm dick und 70 mm breit ist, und 20 Gew.% Chrom und 5 Gew.% Aluminium enthält. Für das gewellte Band 12 wird ein gleichartiges Stahlblech, wie für das Stahlband 11, verwendet und in Wellenform gebracht.

Nachstehend wird nun detailliert ein wesentliches Merkmal der Erfindung, die Vertiefung 14 in der Wabenkörperaußenwand, beschrieben:

Um eine Vertiefung der gewünschten Breite und Tiefe herzu stellen, wird von den künftigen äußeren Schichtbereichen des ebenen und des gewellten aufzurollenden Bandes 11, 12 ein Stück von bestimmter Länge und Breite ausgeschnitten. Das Ausschneiden der gemeinsamen Endbereiche der Bänder 11, 12 bewirkt, da die Bänder 11, 12 zu einer Spiralform aufge wickelt werden, daß eine Vertiefung 14 in vorbestimmten Pa rametern erhalten wird.

Die Vertiefung 14 kann alternativ hergestellt werden, indem zuerst die normalen ebenen und gewellten Bänder 11, 12 spi ralförmig aufgerollt und dann, bspw. auf einer Drehbank, ge schnitten werden.

Auf einem Wabenkernkörper mit einem relativ kleinen Durch messer können auch ebene und gewellte Bänder von geringerer Breite in Abständen auf den Wabenkernkörper mit dem kleineren Durchmesser aufgewickelt werden.

Die Herstellung der Vertiefung in der Außenwand des Wabenkernkörpers kann erfindungsgemäß in beliebiger Weise erfolgen und ist nicht erfindungswesentlich.

Die Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung. Bei dem Wabenkern körper 1 der Fig. 3 (er ist von dem aus Fig. 1 verschieden) besteht die Vertiefung aus 3 Rillen 14, 14′, 14′′, die kreis förmig die Außenwand des Wabenkernkörpers 1 umgeben. Zwei der drei Rillen, 14, 14′, besitzen einen im wesentlichen U- förmigen Querschnitt, während die dritte Rille 14′′ einen rechtwinkeligen, mit abgerundeten Ecken, geformten Querschnitt hat.

Fig. 4 zeigt eine dritte Ausführungsform der erfindungsge mäßen Abgasreinigungsvorrichtung. Die Vertiefung des Waben kernkörpers in Fig. 4 umfaßt im wesentlichen mehrere Vielzahl von V-förmige Rillen 14. Die V-förmigen Rillen liegen nahe beieinander und sind unterschiedlich tief, wobei die Rillentiefe in Abgasflußrichtung allmählich zunimmt. Querschnittsformen, Rillentiefen und deren Anzahl sind erfindungsgemäß nicht auf die gezeigten Beispiele beschränkt.

Es können erfindungsgemäß alle bekannten Verbindungsver fahren, wie bspw. Löten, Schweißen, etc., verwendet werden, um den Wabenkernkörper und das Metallgehäuse oder die ebenen und die gewellten Bänder, d. h. die Bestandteile des Wa benkernkörpers, an den Berührungsflächen miteinander zu verbinden. Dies gilt insbesondere für die vorgenannten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele.

Claims

1. Abgasreinigungsvorrichtung mit:
einem Wabenkernkörper (1), der zur Aufnahme eines Abgasreinigungskatalysators ausgelegt ist und aus einem ebenen Band (11) aus dünnem Metallblech und einem gewellten Band (12) aus dünnem Metallblech zusammengesetzt ist, wobei das flache Band (11) und das gewellte Band (12) zu einer spiralförmigen oder Laminat-Struktur mit vielen netzwerkar tigen Gasdurchlässen (13) entlang der Mittelachse besitzt, übereinandergelegt sind;
einem rohrförmigen Metallgehäuse (2), das an den gegenüberliegenden Enden offen ist, wobei der Wabenkörper (1) in das rohrförmige Metallgehäuse (2) eingepaßt und an diesem befestigt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Wabenkörper (1), ausgenom men an den beiden Randbereichen, die an die gegenüberlie genden Enden des Wabenkörpers (1) anstoßen, eine Vertiefung (14) in der Außenwand besitzt, so daß die Außenwand des Wa benkörpers (1) an den Vertiefungen (14) nicht die Innenwand des rohrförmigen Metallgehäuses (2) berührt.

2. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Vertiefung ein oder mehrere Rillen (14) sind, die die Außenwand des Wabenkörpers (1) kreisför mig umgeben.

3. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der Querschnitt durch die Vertiefung (14, 14′, 14′′) in Richtung des Abgasflusses gesehen, U-förmig, V-förmig oder rechtwinkelig ist.

4. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, da durch gekennzeichnet, daß die Rillen (14) unterschiedlich tief sind, wobei die Tiefe in Abgasflußrichtung zunimmt.

5. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen (14) in un terschiedlichen Abständen voneinander in Abgasflußrichtung angeordnet sind.

6. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die Rillen (14) in Abgasflußrichtung in unregelmäßigen Abständen angeordnet sind.