DE60018794T2

DE60018794T2 - Vorrichtung zur behandlung von gasstrom

Info

Publication number: DE60018794T2
Application number: DE60018794T
Authority: DE
Inventors: John Anthony Gainsborough GAULT; Herbert David Market Rasen MILLES
Original assignee: Eminox Ltd
Current assignee: Eminox Ltd
Priority date: 1999-12-09
Filing date: 2000-12-08
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2020-12-09
Also published as: ATE291154T1; US20030108457A1; ES2239627T3; EP1235976B1; AU1870901A; US6837336B2; GB2357048A; GB2357048A9; EP1235976A2; GB2357048B; WO2001042630A3; GB0029995D0; DE60018794D1; WO2001042630A2; JP2003516492A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und insbesondere auf eine Gasbehandlungskammer zur Behandlung der Abgase einer Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge und andere Anwendungen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG:
Dieselmotor-Abgase enthalten eine Anzahl schädlicher Gase wie etwa Stickoxide, Schwefeloxide und Kohlenoxide sowie unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Kohlenstoff und andere Partikel. Die Menge der Schwefeloxide in den Abgasen hängt hauptsächlich von dem Schwefel in dem Kraftstoff ab und wird durch die Qualität des Ausgangsrohöls und durch die bei der Vorbereitung des Kraftstoffs verwendeten Raffinationstechniken gesteuert. Allerdings können die anderen Materialien behandelt werden, um sie weniger schädlich zu machen.
Somit ist es eine übliche Praxis, die Abgase durch eine Schalldämpferbaueinheit zu bewegen, die eine oder mehrere Behandlungskammern enthält, die einen Abgaskatalysator enthalten, in dem die niedrigeren Stickoxide in NO₂ umgewandelt werden. Die zweckmäßigkeitshalber im Folgenden zusammen als Partikel bezeichneten Kohlenstoffpartikel und -tröpfchen unverbrannter Kohlenwasserstoffe werden durch ein Drahtgitter oder -geflecht oder durch ein Keramikfilterelement aus dem Abgasstrom entfernt. Das NO₂ und der Sauerstoff in dem Gasstrom reagieren mit den in dem Filterelement gefangenen Partikeln, um Kohlendioxid im Wasser zu bilden, die daraufhin mit den anderen Abgasen ausgestoßen werden.
Auf Wunsch können die gefilterten Gase durch Injektion von Harnstoff in den Gasstrom, nachdem er das Filter element verlassen hat, jedoch bevor er die Schalldämpferbaueinheit verlässt, einer Reduktion der verbleibenden Stickoxide in Stickstoff ausgesetzt werden. Daraufhin wird der behandelte Gasstrom über einen oxidierenden Katalysator bewegt, um das restliche Ammoniak aus dem Harnstoff in Stickstoff und Wasser umzuwandeln, die akzeptable Abgasemissionen sind. Das Gesamtergebnis ist eine typische Verringerung schädlicher Komponenten der Abgase von über 90 %.
Schalldämpferbaueinheiten, die diese Behandlungskammern enthalten, sind typischerweise auf modularer Grundlage als eine Reihe von Moduleinheiten mit allgemein zylindrischem oder ovalem Querschnitt gebaut, die jeweils ein Element, das Behandlungselement, enthalten, das erforderlich ist, um eine der gewünschten Behandlungen an dem Abgasstrom zu erreichen. Jedes Modul weist typischerweise das Behandlungselement als einen zylindrischen Körper auf, der von einer stoßdämpfenden Keramikhülse umgeben ist, die sich durch Innenumfangs-Ringrippen oder -flansche innerhalb eines Rohrkörperelements aus Metall, normalerweise aus rostfreiem Stahl, befindet. Somit kann ein Modul den Katalysator enthalten, der an einer durchlöcherten Keramik oder an einem anderen Träger, z. B. an einem gerollten Wellblech mit einem Innenflügel eines ebenen Blechs zwischen jeder Schicht des Wellblechs, um mehrere axiale Durchlässe mit einem dreieckigen oder anderen Querschnitt in einem Zylinderträger oder einem ringförmigen Träger zu bilden, oder als ein Edelmetall-Drahtgeflecht, durch das die Abgase bewegt werden, getragen ist. Ein zweites Modul kann das gegossene poröse oder gesinterte Keramikfilter enthalten, das das Partikelmaterial einfängt und auf dem diese Partikel in Anwesenheit des in dem Katalysatormodul gebildeten NO₂ verbrennen. Auf Wunsch kann der Katalysatorträger auch einem Teil der oder der gesamten Funktion der Filterung des Gasstroms dienen. Für andere Behandlungen, z. B. für die Injektion des Harnstoffs, können andere Module verwendet werden. Außerdem dienen die Module auch zur Dämpfung des Geräuschs, das von dem Motor ausgesendet wird, dem die Module dienen.
Um dem Konstrukteur größere Flexibilität bei der Konstruktion der Behandlungskammern zu geben, um eine optimale Behandlung der Abgase zu erzielen, ermöglicht die Verwendung einer modularen Konstruktion außerdem, dass der Betreiber eines oder mehrere der Module zur Reinigung und Wartung oder zum Ersatz entfernt. Zum Beispiel ist ermittelt worden, dass die Leistungsfähigkeit des Filtermoduls verlängert werden kann, falls das Modul in der Schalldämpferbaueinheit entfernt und mit umgekehrter Orientierung ersetzt wird, so dass die Richtung des Flusses der Abgase durch das Filterelement umgekehrt wird.
Diese Module sind vorzugsweise durch lösbare Verbindungsmechanismen, in denen nach außen verlaufende radiale Flansche an den gegenüberliegenden Enden benachbarter Module mit einer komprimierbaren Dichtung, die eine gasdichte Abdichtung zwischen den gegenüberliegenden Flächen der Flansche bildet, zusammengehalten sind, als eine axiale Reihe von Komponenten zusammengehalten. Das akzeptierte Verfahren zum Zusammenhalten der Flansche, während die leichte Demontage der Verbindung aufrechterhalten wird, ist, die Flansche als gegenüberliegende, axial geneigte, radial nach außen gerichtete Schultern zu bilden und ein Band mit V-förmigem Querschnitt mit einer in Umfangsrichtung wirkenden Klemme auf die Schultern zweier benachbarter Module aufzutragen. Beim Anziehen der Klemmen ziehen sich die Bänder um die Neigung der Schultern radial zusammen und verriegeln somit die Module miteinander, wobei sie die Schultern axial an eine Dichtung klemmen, die sich zwischen ihnen befindet, um zwischen den Modulen eine gasdichte Verbindung zu bilden. Schalldämpfer, die Behandlungskammern enthalten, die eine solche modulare Konstruktion verwenden, sind von den Anmeldern unter dem Warenzeichen Greencat kommerziell verfügbar.
Zweckmäßigkeitshalber wird der Begriff Schalldämpfer hier zur allgemeinen Bezeichnung von Kammern für die Behandlung von Abgasen zur Entfernung schädlicher Materialien aus dem Gasstrom verwendet, die außerdem konstruktionsgemäß oder zufällig das Abgasgeräusch von einer Brennkraftmaschine dämpfen können.
Allerdings kann ein solcher Aufbau, der mehrere Module verwendet, zu einer Schalldämpferbaueinheit führen, die übermäßig lang ist. Andererseits werden Probleme festgestellt, wo es erwünscht ist, Module ineinander zu verschachteln, um die axiale Länge des Schalldämpfers zu verringern. Um Zugang zu einem Modul zu erhalten, das in einem anderen Modul enthalten ist, um die Umfangsbänder entfernen zu können, die dieses Modul an seinem Nachbarn befestigen, muss eine solche verschachtelte Baueinheit vollständig demontiert werden, was zeitaufwändig ist.
Der nächste Stand der Technik ist im Dokument EP-A-0153157 (D1) gezeigt und offenbart einen Abgaskatalysator für eine Brennkraftmaschine, in dem ein erster und ein zweiter Filter S₁ und S₂ und ein Katalysatorträger C_a in Reihe in einem Gehäuse montiert sind. Der Rumpf 1 des Katalysatorgehäuses C ist in der Nähe seiner Vorderseite mit wenigstens einer Ringrille 10, die um den Umfang des Kofferraums verläuft, um zwei Halteschultern 11 und 12 zu bilden, gebildet und ferner an einem Zwischenort in seiner Länge mit einer zweiten Ringrille 13, die um den Umfang des Rumpfs verläuft, um in der Innenumfangsoberfläche des Rumpfs zwei weitere Halteschultern 14 und 15 zu bilden, gebildet (1).
Die Erfinder haben eine Form einer Baueinheit für einen Schalldämpfer konstruiert, der eine preiswertere und kompaktere Montage schafft, aber dennoch die modulare Konstruktion und Leichtigkeit der Herstellung und Fle xibilität der Montage der Module aufrechterhält.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Dementsprechend schafft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Behandeln eines Gasstroms, die mehrere Fächer umfasst, in denen eine oder mehrere Behandlungen an einem sich durch das Fach bewegenden Gasstrom ausgeführt werden sollen und durch die der Gasstrom nacheinander strömt, dadurch gekennzeichnet, dass:

a. wenigstens zwei der Fächer jeweils ein Rohrkörperelement umfassen, das ein Behandlungselement enthält oder trägt, das bezüglich einer axialen Bewegung relativ zu dem Körperelement fest ist; und
b. die Rohrkörperelemente der benachbarten Fächer mit radial nach außen und/oder nach innen sich erstreckenden Endflanschen versehen sind, wovon wenigstens einige eine Schulter bilden, an der der gegenüberliegende Endabschnitt des benachbarten Fachs anliegt, um so eine axial verlaufende Struktur zu bilden, die wenigstens zwei Fächer umfasst, die in einer axialen oder koaxialen gegenseitigen Beziehung stehen; und
c. eines oder mehrere Klemmmittel, die sich axial im Wesentlichen über die Länge der Struktur erstrecken und auf die axiale Struktur einwirken, um die zwei benachbarten Fächer durch eine axiale Einklemmwirkung in einem gasdichten Eingriff zusammenzuhalten.

Dadurch, dass der Schalldämpfer oder die andere Struktur als eine Reihe von Fächern gebildet ist, wird der Nutzen der modularen Konstruktion der Struktur einschließlich der Fähigkeit, dass sie einen Bereich austauschbarer verschiedener Behandlungselemente in gemeinsam bemessenen Rohrkörperelementen umfasst, und der Leichtigkeit der Wartung und des Ersatzes einzelner Module aufrechterhalten. Dadurch, dass im Gegensatz zur Umfangsklemmung eine axiale Klemmung verwendet wird, können eine Reihe von Modulen ineinander verschachtelt und durch ein einzelnes äußeres axiales Klemmsystem an der richtigen Stelle befestigt werden, so dass die Demontage der Struktur vereinfacht wird. Außerdem dient der radial verlaufende Flansch an dem Endabschnitt des Rohrelements wenigstens zwei Funktionen. Zunächst kann er verwendet werden, um einen Flansch zu bilden, der das Behandlungselement innerhalb oder an dem Rohrelement gegen axiale Bewegung in Bezug auf dieses Rohrelement befestigt, ohne dass die getrennten ringförmigen Innenflansche oder -rippen vorgesehen zu sein brauchen, die bisher als erforderlich galten, um diese Funktion zu erreichen.
Zweitens haben die Erfinder festgestellt, dass dort, wo der Endabschnitt radial verformt ist, um den radialen Flansch zu bilden, der Flansch unerwartet wirksam beim Bilden einer gasdichten Abdichtung mit einer benachbarten Komponente der Schalldämpferbaueinheit, z. B. mit einem benachbarten Rohrelement oder mit einer Stirnkappe der Baueinheit, ist. Die Erfinder nehmen an, dass dies daran liegt, dass die Verformung des Endabschnitts des Rohrelements keinen Anlass zu einer ebenen radialen Oberfläche gibt, wie es zu erwarten gewesen wäre und wie es ein Konstrukteur auf dem Gebiet als erwünscht nennen würde. Die Erfinder haben festgestellt, dass die Verformung die Bildung einer leichten Wölbung an der axial frei liegenden radialen Oberfläche des verformten Abschnitts des Rohrelements veranlasst. Diese Wölbung schafft einen Bereich lokalen Drucks, wenn das Rohrelement axial gegen eine weitere Komponente der Schalldämpferbaueinheit geklemmt ist. Außerdem kann die Verformung ausgeführt werden, um die Endabschnitte der Rohrkörper um Winkel von weniger als 90° bis mehr als 90° zu biegen. Wo die Verformung um weniger als 90° erfolgt, können die gegenüberliegenden radialen Flansche während der axialen Klemmung der Baueinheit weiter verformt werden, um innerhalb der axialen Struktur ein Maß an Federung zu schaffen, um eine verschiedene Ausdeh nung der axialen Klemmmittel und der Baueinheit während der Verwendung auszugleichen. Wo die Verformung um mehr als 90° erfolgt, schafft die Verformung Innen- oder Außenflansche, die an dem Endabschnitt eines Behandlungselements anliegen können, das in oder an dem Rohrkörper getragen ist, und um somit das Behandlungselement axial an dem Rohrkörper anzuordnen.
Die axiale Klemmung kann auf Strukturen angewendet werden, die einen weiten Bereich von Querformen haben. Dies steht im Gegensatz zur Verwendung von Umfangsklemmen, deren Verwendung auf im Wesentlichen kreisförmige Querschnittstrukturen beschränkt ist.
Somit schafft die Erfindung eine einfache und wirksame Konstruktion für ein axial kompaktes Mehr-Fach-Gasbehandlungsgefäß mit unerwartet wirksamer Abdichtung zwischen benachbarten Komponenten und mit einem breiten Bereich von Quergestalten.
Wie oben angegeben wurde, kann die Erfindung auf die Behandlung eines weiten Bereichs von Gasströmen aus einer Vielzahl von Quellen, z. B. bei der Behandlung von Abgasen von einem Kohleverbrennungsofen oder der Emissionen aus einem chemischen Prozess, angewendet werden. Allerdings findet die Erfindung spezielle Anwendung bei der Behandlung der Abgase von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Diesel- oder Ottomotoren. Bei diesen Abgasströmen können unter Verwendung des Wesens der Verunreinigungen in den Abgasen eine Reihe von Behandlungen ausgeführt werden, um in dem Gasstrom Reagenzien zu bilden, die dazu verwendet werden können, andere Verunreinigungen in einer nachfolgenden Behandlung zu beseitigen oder zu verringern. Die Maschine kann eine stationäre Maschine, die z. B. einen Elektrogenerator oder eine Hydraulikfluid-Kompressionseinheit antreibt, oder eine Schiffsmaschine sein. Wie oben beschrieben wurde, findet die Erfindung aber eine spezielle Anwendung bei der Behandlung der Abgase von einem Dieselmo tor in einer modularen Schalldämpferbaueinheit in einem Kraftfahrzeug zur Dämpfung des Motorgeräuschs und zur Verringerung der schädlichen Emissionen von dem Motor. Zweckmäßigkeitshalber wird die Erfindung in Bezug auf eine solche bevorzugte Verwendung beschrieben.
In der Schalldämpferbaueinheit der Erfindung sind einzelne Behandlungsfächer mit den radial verlaufenden Flanschen an dem oder benachbart zu dem Ende jedes Rohrkörperelements vorgesehen. Diese Flansche können durch die Verwendung getrennter Grenzflächenkomponenten vorgesehen sein, die zwischen den End-Umfangsrändern benachbarter Rohrkörperelemente gefangen sind. Somit können die Grenzflächenelemente die Form eines Ringelements annehmen, das in jeder Fläche davon eine Ringrille besitzt, in der die Endränder der Rohrelemente axial in Eingriff sind. Auf Wunsch können die Grenzflächenelemente axial entweder innerhalb und/oder an der Außenoberfläche der Rohrelemente verlaufen, so dass sie dazu dienen, die Endabschnitte der Rohrelemente anzuordnen und festzuhalten. Somit kann das Grenzflächenelement die Form eines axial verlaufenden Rings oder einer axial verlaufenden Hülse mit einer radial nach innen gerichteten Rippe oder mit einem radial nach innen gerichteten Flansch haben, so dass das Grenzflächenelement einen allgemein T-förmigen Querschnitt besitzt, wobei sich der aufrechte Teil des T zwischen den Rändern der benachbarten Rohrkörperelemente befindet. Auf Wunsch kann an dem Grenzflächenelement ein Dichtungsmaterial vorgesehen sein oder kann sich zwischen dem Grenzflächenelement und den Enden der Rohrelemente ein Dichtungsmaterial befinden.
Allerdings ist es bevorzugt, die radialen Flansche an den Rohrkörperelementen durch Verformen der Endabschnitte eines allgemein rohrförmigen Gehäuses zu erzeugen, das das geeignete Behandlungselement enthält oder trägt. Diese Gehäuse können zylindrisch oder ringförmig sein oder andere Querschnittsformen, z. B. oval oder polygonförmig, haben. Zweckmäßigkeitshalber wird die Erfindung im Folgenden in Bezug auf allgemein zylindrische Rohrkörperelemente beschrieben.
Vorzugsweise sind die Endflansche an oder benachbart zu jedem Ende des Rohrkörperelements gebildet, so dass jedes Fach des Schalldämpfers unter Verwendung eines Verbindungssystems der Erfindung an einem benachbarten Fach bzw. an benachbarten Fächern befestigt werden kann. Dadurch, dass die radialen Flansche durch Umbiegen der Wand der Rohrelements nach innen gebildet sind, sind die Flansche innerhalb der radialen Abmessungen der Körperelemente ausgespart, so dass die Verbindungen, die die Fächer zusammenhalten, nicht wesentlich radial vorstehen und somit eines der Probleme bei der vorliegenden Form der Schalldämpfer-Verbindungssysteme überwinden. Außerdem ermöglicht die Abwesenheit radialer Vorsprünge, dass die Module ohne die Bildung ringförmiger Zwischenräume zwischen ihnen ineinander verschachtelt sind, was bei der Bildung einer gasdichten Struktur hilft.
Allerdings liegt es im Umfang der vorliegenden Erfindung, dass die Flansche als radial nach außen verlaufende Flansche gebildet sind. Außerdem dienen diese Flansche als der Sitz, an dem sich ein benachbarter Rohrkörper befinden kann. Alternativ oder zusätzlich können die radial nach außen verlaufenden Flansche eine radiale Schulter bereitstellen, die ein ringförmiges Behandlungselement festhält, das gegen axiale Bewegung an dem Körperelement außen an dem Rohrkörper gelagert getragen ist. Zweckmäßigkeitshalber wird die Erfindung im Folgenden in Bezug auf ein Rohrelement beschrieben, das das Behandlungselement trägt, das sich innerhalb der Bohrung des Rohrelements befindet.
Diese Rohrkörperelemente enthalten typischerweise einen zylindrischen Kern des Behandlungselements, der für die Behandlung geeignet ist, die in diesem Modul der Schalldämpferbaueinheit ausgeführt werden soll. Somit enthält ein Körperelement normalerweise einen zylindrischen Kern eines porösen oder mit Öffnungen versehenen Durchflusskeramikträgers (der außerdem als ein Filter wirken kann), der den Katalysatorüberzug trägt, der innerhalb der Gasflussdurchgänge davon beschichtet oder aufgedampft ist; während ein weiteres einen Filterkern mit mehreren axialen Bohrungen enthält, die an abwechselnden Enden geschlossen sind, so dass sie für das Gas einen gewundenen Weg durch das Filterelement schaffen. Diese Kerne, ihre Konstruktion und Herstellung können dem Wesen nach herkömmlich sein. Diese Kerne sind typischerweise von einem stoßdämpfenden Material umgeben, wobei dieses Material z. B. Vermiculitkörnchen in einem faserverstärkten Bindemittel, insbesondere die, die unter dem Warenzeichen Interam verkauft werden, aufweist.
Das Rohrkörperelement wird typischerweise durch Komprimieren eines axial geteilten Zylinders aus Metall, z. B. aus rostfreiem Stahl, hergestellt, der um eine Hülse des stoßdämpfenden Materials gestreift ist, die das Behandlungselement umschließt, um das Zylinderkörperelement um die Innenkomponenten zu bilden und die aneinander stoßenden axialen Kanten zusammenhalten. Diese Techniken können unter Verwendung irgendeiner geeigneten Technologie ausgeführt werden und erzeugen einen Rohrkörper, der das radial innerhalb des Rohrkörperelements befestigte Behandlungselement enthält.
Zweckmäßigkeitshalber wird die Erfindung im Folgenden in Bezug auf ein Modul beschrieben, das ein allgemein zylindrisches Stahlrohrkörperelement aufweist, das um ein zylindrisches Behandlungselement und eine Grenzflächenschicht oder Grenzflächenschichten eines stoßdämpfenden Materials zwischen dem Rohrgehäuse und dem Behandlungselement gebildet ist.
Das Behandlungselement ist durch irgendwelche geeigneten Mittel gegen axiale Bewegung innerhalb des Rohrkörperelements befestigt. In einigen Fällen liefert der radiale Druck der Schalldämpfergrenzfläche zwischen dem Innern des Rohrelements und der Außenseite des Behandlungselements ausreichend Reibungskräfte, um das Behandlungselement während normaler Verwendungsbedingungen an der richtigen Stelle zu halten. Alternativ können einer oder mehrere innere radiale Vorsprünge vorgesehen sein, die Anschläge bilden, an denen die axial frei liegenden Stirnflächen des Behandlungselements anliegen. Zum Beispiel kann durch rollendes Eindrücken der Wand des Rohrelements ein nach innen vorstehender radialer Umfangssteg gebildet sein; oder können einer oder mehrere vollständige oder unterbrochene Innenumfangsflansche geschweißt oder auf andere Weise in der Bohrung des Rohrkörperelements befestigt sein.
Normalerweise ist allerdings bevorzugt, dass die Endverformung des Rohrkörperelements einen radial nach innen gerichteten ringförmigen Flansch bereitstellt, gegen den die axial frei liegende Querfläche des Behandlungselements oder ein Abschnitt davon anliegt. Auf Wunsch kann der Endabschnitt des Rohrkörperelements mit mehreren in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten axialen Schnitten versehen sein, so dass Teile des Endabschnitts nach innen umgebogen sein können, um die Flansche bereitzustellen, an denen ein inneres Behandlungselement anliegt, während andere Teile nach außen umgebogen sein können, um radial nach außen gerichtete Teilflansche bereitzustellen. Zweckmäßigkeitshalber wird die Erfindung im Folgenden in Bezug auf ein Rohrkörperelement beschrieben, in dem der gesamte Umfang des Endabschnitts nach innen verformt ist, um einen nach innen gerichteten Flansch bereitzustellen.
Der radial nach innen gerichtete Flansch der Erfindung kann entweder an einem Ende oder an beiden Enden des Rohrgehäuseelements direkt an der frei liegenden Stirn fläche des Behandlungselements anliegen. Auf Wunsch kann zwischen der axial frei liegenden Endfläche des Behandlungselements und dem nach innen umgebogenen Flansch der Erfindung eine ringförmige Metallgeflechtdichtung oder ein anderes verformbares wärmebeständiges Material als eine zusammendrückbare Grenzfläche enthalten sein.
Vorzugsweise verläuft der nach innen umgebogene Flansch der Erfindung radial nach innen, um eine zufrieden stellende Halterung für das Behandlungselement bereitzustellen, ohne den Gasfluss durch das Rohrelement übermäßig zu beschränken. Die Erfinder haben festgestellt, dass ein nach innen umgebogener Flansch mit einer radialen Abmessung von 1 bis 2,5 cm für die meisten Anwendungen typischerweise zufrieden stellend ist. Allerdings kann das optimale radiale Ausmaß des Flanschs durch einfache empirisch-praktische Tests leicht bestimmt werden.
Zweckmäßig wird der nach innen umgebogene Flansch durch Ausüben einer radial nach innen gerichteten Kraft oder eines radial nach innen gerichteten Drucks auf den Endabschnitt des Rohrgehäuseelements gebildet, um die Wand des Gehäuses nach innen umzubiegen. Vorzugsweise wird der Druck durch mehrere Formstücke, die durch einen oder mehrere Hydraulikkolben oder dergleichen radial nach innen drängen, an mehreren Punkten um den Umfang des Rohrgehäuses ausgeübt. Es ist besonders bevorzugt, das Rohrgehäuse, das das Behandlungselement bzw. die Behandlungselemente darin trägt, auf eine Grundplatte zu stellen, so dass der frei liegende Rand des Rohrgehäuses auf eine Reihe radial wirkender Druckelemente, die von den Basiselementen getragen werden, eine bekannte axiale Beziehung anwendet. Außerdem kann erwünscht sein, das Rohrgehäuse während der Betätigung der Druckelemente um seine Längsachse zu drehen, so dass eine rollende radiale Verformung des Endes des Rohrelements stattfindet. Alternativ kann der Endab schnitt des Rohrelements gegen einen geneigten Sitz gedrängt werden, um den Stirnabschnitt gegen den festen Sitz nach innen umzubiegen. Zum Verformen der Stirnabschnitte des Rohrkörperelements können andere Verfahren verwendet werden, z. B. die Hydraulikformung oder die Verwendung verformbarer Grenzflächen wie etwa Kautschuk, um auf das Rohrelement einen radialen Druck auszuüben, wenn die Grenzfläche dem axialen Druck ausgesetzt wird.
Die Erfinder haben unerwarteterweise festgestellt, dass diese Techniken zum Bilden des nach innen umgebogenen Flanschs am Ende des Rohrgehäuses ermöglichen, dass der Flansch mit einem hohen Grad axialer Genauigkeit in Bezug auf die Positionierung des nach innen umgebogenen Flanschs gegen das Behandlungselement innerhalb des Rohrgehäuses gebildet wird. Auf Wunsch kann die Wand des Rohrgehäuseelements in Umfangsrichtung eingekerbt oder -geschnitten sein, um bei der Bildung einer spitzen Biegung in der Wand des Elements zu helfen. Allerdings haben die Erfinder festgestellt, dass dies normalerweise nicht erforderlich ist.
Insbesondere dort, wo Verformungsverfahren des Rohrkörperelements wie etwa das Rollen oder das Drücken verwendet werden, kann das verformte Rohrelement auf Wunsch in einer Anfangsphase etwa in die gewünschten Abmessungen und in die gewünschte Flanschgestalt geformt werden, während die Verformung in einer zweiten Phase, in der das teilweise verformte Rohrelement axial zusammengedrückt wird, um die gewünschte axiale Länge und radiale Flanschgestalt zu erreichen, abgeschlossen wird. Diese abschließenden axialen Abmessungen können durch Abschluss des Umbiegens der Wand des Rohrkörperelements, um den radialen Flansch zu bilden, und/oder durch teilweises axiales Zusammendrücken der Wand des Rohrelements, wo ein Umbiegen des Rohrelements die geforderte Verringerung der axialen Abmessung nicht aufnehmen kann, erreicht werden.
Das Ausmaß des Winkels der Verformung des Endabschnitts des Rohrelements in Bezug auf die Längsachse des Rohrelements beträgt typischerweise etwa 90°, so dass der resultierende radiale Flansch eine radiale Schulter bildet, gegen die das Behandlungselement in Eingriff ist und/oder gegen die der Endabschnitt eines benachbarten Rohrkörperelements axial in Eingriff ist. Allerdings kann die Verformung auf Wunsch um mehr als 90°, z. B. um 100°, bewegt werden, so dass der Flansch mit einem ringförmigen Drahtgeflecht oder einer anderen zusammendrückbaren Dichtung in Eingriff gelangt und es bzw. sie gegen den frei liegenden Endabschnitt des Behandlungselements zusammendrückt. Somit klemmt der Flansch das Behandlungselement axial in der Bohrung des Rohrkörperelements oder im Fall eines ringförmigen Behandlungselements von außen auf es, wobei die Dichtung Fertigungstoleranzen bei der Fertigung der Behandlungselemente ausgleicht. Somit erzeugt das Verfahren Module, deren axiale Länge genau gesteuert wird, wenn der Flansch an jedem Ende davon gebildet wird, was bei der Montage und Klemmung der gesamten Schalldämpferbaueinheit hilft.
Wie oben angegeben wurde, bildet die Verformung des Rohrelements keinen vollständig flachen Flansch. Der Flansch ist etwas von dem Rest des Rohrelements axial weg gebogen, was während der Klemmung zweier gegenüberliegender Flansche zusammen eine ringförmige Punktbelastung schafft, die bei der Bildung einer gasdichten Verbindung zwischen den Flanschflächen hilft, wenn ein Rohrelement an ein anderes Rohrelement oder an eine andere Komponente wie etwa an die Stirnkappe der Schalldämpferbaueinheit montiert wird.
Auf Wunsch kann der Flansch mit einer komplizierteren Gestalt als der eines einfachen radialen Flansches gebildet sein. Zum Beispiel kann der Flansch als eine radiale Stufenverringerung des Durchmessers des Endabschnitts des Rohrkörperelements gebildet sein, um nicht nur eine radiale Schulter, sondern einen axial verlaufenden Zapfen mit kleinerem Durchmesser bereitzustellen, der verwendet werden kann, um sowohl bei der axialen als auch bei der Queranordnung und Befestigung benachbarter Rohrkörper aneinander zu helfen.
Im Gebrauch wird die Schalldämpferbaueinheit dadurch konstruiert, dass die gewünschten Module optional mit einer geeigneten Dichtung zwischen den gegenüberliegenden Flanschen der Module in durchgehender Beziehung angeordnet werden, um die gewünschte Schalldämpferkonfiguration zu bilden. Die Module brauchen nicht alle die gleiche axiale Länge zu haben und es kann mehr als ein Modul verwendet werden, das die gleiche Behandlung des durch es bewegten Gasstroms erreicht. Es ist üblich, an jedem Ende der Baueinheit eine Stirnkappe vorzusehen, um für die Baueinheit einen Einlass und Auslässe bereitzustellen oder um in einer Baueinheit, die zylindrische Module aufweist, die in ringförmigen Modulen aufgenommen sind, den Gasfluss umzukehren.
Um bei der Anordnung eines Moduls an einem anderen zu helfen und eine Maßnahme der Querhalterung zu schaffen, wird um die Verbindung zwischen zwei Modulen vorzugsweise eine Umfangsmanschette oder ein anderes Kopplungsstück bereitgestellt. Dieses Kopplungsstück kann in Umfangsrichtung um die Verbindung zwischen zwei Körperelementen und axial an dem Endabschnitt jedes Körperelements verlaufen. Alternativ können die Kopplungsstücke axial verlaufende Bänder oder Vorsprünge sein, die sich z. B. in Abständen von 45 bis 120° um den Umfang des Endes des Körperelements befinden und ein zinnenartiges oder ähnliches Ende für das Rohrkörperelement bereitstellen, in dem der Endabschnitt des benachbarten Körperelements aufgenommen ist. Auf Wunsch können beide Körperelemente solche zinnenartigen Enden tragen, wobei sie miteinander in Eingriff sind, um eine Drehung der Rohrkörper in Bezug aufeinander zu beschränken und/oder eine spezifische Ausrichtung eines Elements auf das andere zu erreichen. Zweckmäßigkeitshalber wird die Erfindung in Bezug auf eine ringförmige Manschette als das Kopplungsstück beschrieben.
Die Manschette kann eine axiale Verlängerung eines Teils der Wand des Rohrelements oder eine getrennte Komponente, d. h. ein Druckknopf, eine Schraube oder eine andere Passform an den gegenüberliegenden Abschnitten der Komponenten, die verbunden werden, sein. Vorzugsweise ist eine solche Manschette eine enge Druckpassform an den Modulen und Komponenten, die verbunden werden, wobei sie durch Schweißen oder mit anderen Mitteln an der richtigen Stelle befestigt werden kann. Beispielsweise kann die Manschette durch Bilden einer Umfangsrille in diesem Abschnitt der Manschette, der über dem Endabschnitt des Körperelements liegt, an der richtigen Stelle befestigt sein. Diese Rille ist mit einer entsprechenden Rille in der darunter liegenden Rohrkörperwand in Eingriff oder bildet eine entsprechende Rille in ihr und befestigt somit die Manschette und den Rohrkörper gegen axiale Bewegung. Außerdem bildet die Rille an der Innenseite der Wand des Rohrelements einen nach innen gerichteten Steg, der als der Flansch zum Anordnen des Behandlungselements innerhalb des Rohrkörperelements wirken kann. Außerdem veranlasst die Bildung der Rille in der Manschette und in dem darunter liegenden Rohrkörperelement eine Maßnahme der axialen Zusammenziehung der Schalldämpferbaueinheit. Auf Wunsch kann der Endabschnitt des Rohrkörperelements radial ausgespart sein, um die Manschette innerhalb der radialen Abmessungen des Rohrkörperelements unterzubringen.
Auf Wunsch kann die Manschette mit einem radial nach innen gerichteten Flansch gebildet sein, der aus einem Dichtungsmaterial gebildet ist oder ein Dichtungsmate rial trägt, das zwischen den gegenüberliegenden Flächen der Endradialflansche, die von den gegenüberliegenden Enden der benachbarten Körperelemente getragen werden, gefangen ist.
Die zusammengebauten Module werden durch Ausüben einer axialen Klemmkraft auf sie zusammengehalten. Diese Klemmkraft kann auf eine Anzahl von Arten unter Verwendung von Klemmmechanismen erreicht werden, die axial im Wesentlichen über die gesamte Länge der montierten Module verlaufen, so dass auf jede Verbindung zwischen benachbarten Modulen im Wesentlichen die gleiche Druckkraft wirkt. Ein solcher Klemmmechanismus ist von herkömmlichen diskreten Verbindungsmechanismen zwischen den einzelnen Modulen dadurch verschieden, dass die diskreten Verbindungsmechanismen über die Verbindung, die erzeugt wird, nicht axial hinaus verlaufen. Da jede Verbindung unter Verwendung diskreter Verbindungsmechanismen einzeln hergestellt wird, können sich die Druckkräfte zwischen benachbarten Modulen außerdem häufig beträchtlich unterscheiden, was zu Unterschieden der Leistungsfähigkeit jeder Verbindung unter Belastung führt.
Die axiale Klemmkraft kann mittels eines oder mehrerer Schraubmechanismen erreicht werden, die in Längsrichtung durchgehend durch die Schalldämpferbaueinheit geleitet sind und axial auf die frei liegenden Stirnkappen der Baueinheit wirken. Allerdings stellt dies Beschränkungen an die Konstruktion der Module, da jedes Modul dann einen oder mehrere axiale Durchgänge durch sie für die Schrauben bereitstellen muss, wobei diese Durchgänge normalerweise Dichtungsmittel enthalten müssen, um einen Gasleckverlust von einem Modul zum anderen durch die Schraubendurchgänge zu verhindern. Somit wird bevorzugt, die axialen Klemmmittel durch äußere Mittel bereitzustellen, die im Wesentlichen symmetrisch auf die Schalldämpferbaueinheit wirken.
Es ist klar, dass ein Teil der Körperelemente durch Schweißen zusammengehalten werden kann, was aber das modulare Wesen des Aufbaus der Schalldämpferbaueinheit verringert, während normalerweise erwünscht ist, dass jedes Rohrkörperelement in der Baueinheit in aneinander liegendem Dichtungseingriff mit den benachbarten Körperelementen ist, so dass die Schalldämpferbaueinheit zur Reparatur und Wartung leicht in ihre Einzelteile demontiert werden kann. Wie oben angegeben wurde, veranlasst die Bildung einer Umfangsrille in den Manschettenstücken an der Verbindung zwischen benachbarten Körperelementen eine gewisse axiale Zusammenziehung der Körperelemente, die ausreichend sein kann, um die gewünschte gasdichte Abdichtung zwischen den Komponenten der Schalldämpferbaueinheit zu erreichen.
Eine besonders bevorzugte Form eines solchen äußeren Klemmmechanismus ist eine Reihe in Umfangsrichtung voneinander beabstandeter axial verlaufender Spannvorrichtungen wie etwa Metallbänder z. B. in Abständen von 60 bis 120° um den Körper des Schalldämpfers. Diese sind an jedem Ende des montierten Schalldämpfers durch einen Endhaken oder mit anderen Mitteln an einer Umfangsnase oder an einem Umfangssteg befestigt. Diese Nase oder dieser Steg kann als integraler Bestandteil der Stirnkappen des Schalldämpfers gebildet sein. Alternativ kann die Nase oder der Steg durch eine getrennte Komponente vorgesehen sein, die axial an der Stirnkappe anliegt, wenn die axiale Klemmkraft ausgeübt wird. Zum Beispiel können die Nasen durch die Enden eines oder mehrerer Kreuzarme bereitgestellt werden, die radial über die Stirnfläche der Schalldämpferbaueinheit verlaufen und deren freie Enden Ankerpunkte für die axialen Spannvorrichtungen bereitstellen.
Die axialen Spannvorrichtungen können durch irgendwelche geeigneten Mittel gespannt werden, um die Baueinheit in ihrer axialen Konfiguration zu befestigen. Zum Beispiel kann der Zug mittels Schrauben, Muttern oder Bolzen, die die Enden der Bänder an den Kreuzarmvorrichtungen befestigen, durch Verdrehen benachbarter Bänder aneinander, durch Ausüben einer Querkraft auf die Bänder, z. B. indem sie seitlich gezogen werden, um die Haken an der frei liegenden Wand der Schalldämpferbaueinheit auf ähnliche Weise zu befestigen, wie es zum Spannen eines Trommelfells verwendet wird, durch Keile oder mit anderen Mitteln ausgeübt werden. Alternativ können die Bänder durch eine Spannvorrichtung über die Mitte, durch die Verwendung von Spannfedern bei der Montage und/oder beim Befestigen der Bänder oder dadurch, dass die Bänder heiß angebracht und, wenn sie an Ort und Stelle sind, abkühlen und zusammenziehen gelassen werden.
Die Bänder können die Form einfacher flacher Bänder, Stäbe oder Drahtgeflechte oder Kabel annehmen. Allerdings ist es besonders bevorzugt, in die Bänder oder in die Mittel, durch die sie befestigt werden, ein Ausmaß an Dehnbarkeit aufzunehmen, so dass der axiale Klemmmechanismus eine verschiedene Ausdehnung zwischen der Schalldämpferbaueinheit und dem axialen Klemmmechanismus ausgleichen kann, so dass die Klemmbaueinheitskomponenten während der Verwendung der Schalldämpferbaueinheit nicht über ihre Streckgrenze hinaus gedehnt werden. Diese Dehnbarkeit kann dadurch erreicht werden, dass die Metallbänder mit einem Zickzackprofil gebildet werden, das während des Spannens der Bänder gebildet werden kann, um die axiale Länge der Bänder zu verringern, oder indem ein federbelasteter Lösemechanismus in irgendeiner Spannvorrichtung über die Mitte bereitgestellt wird. Alternativ können die Bänder in zwei oder mehr Abschnitten gebildet sein, die gespannt und daraufhin durch zerbrechliche Verbinder zusammengehalten werden, die zu Bruch gehen oder sich dehnen, wenn auf die Bänder eine Last über einen gegebenen Wert hinaus ausgeübt wird. Wenn eine einzelne Kreuzarmbaueinheit verwendet wird oder mehrere Kreuzarmbaueinheiten verwendet werden, um die Enden der Bänder anzuordnen und zu befestigen, können die Arme über den Umfang der Stirnkappe, an der sich das Kreuz befindet, hinaus verlaufen, um ein Ausmaß des einseitigen Anlenkens an den Enden der Arme bereitzustellen, das die von irgendwelchen Ausdehnungsdifferenzen herrührenden Kräfte aufnimmt. Alternativ oder zusätzlich können die Haken oder andere Mittel, mit denen die Spannbänder befestigt sind, einen Federmechanismus oder Federabschnitt enthalten.
Eine besonders bevorzugte Form des Spannmechanismus, die außerdem ein Ausmaß an Dehnbarkeit bei der Befestigung der Bänder schafft, weist mehrere Bänder auf, die an jedem Ende davon einen Haken oder andere Befestigungsmittel tragen, die z. B. durch einen ununterbrochenen oder unterbrochenen angehobenen ringförmigen Umfangsrand an der Stirnkappe oder durch eine axiale Verlängerung der zylindrischen Wand des Endrohrkörperelements der Schalldämpferbaueinheit mit einem Spannring, der sich an der Stirnkappe der Schalldämpferbaueinheit befindet, in Eingriff gebracht werden sollen. Der Spannring ist mit einer gewellten, sinusförmigen, zinnenförmigen, Zickzack- oder anderen Wellenform, die lokal axial erhöhte Abschnitte des Rings bereitstellt, mit denen die Haken der Bänder in Eingriff gebracht werden sollen, mit axial tieferen Abschnitten, die an die Stirnkappe der Schalldämpferbaueinheit anliegen, und mit Kopplungszwischenabschnitten gebildet. Vorzugsweise sind die Kopplungsabschnitte z. B. von 30 bis 60° gegenüber der Ebene des Rings geneigt, so dass sie für die Verbindung der erhöhten Abschnitte mit den tieferen Abschnitten eine Feder- und/oder Torsionsvorspannungswirkung bereitstellen. Die Kopplungsabschnitte können radial nach außen gerichtet sein, so dass die erhöhten Abschnitte gegenüber den radial nach innen gerichteten tieferen Abschnitten radial versetzt sind und vom Umfang des Endes der Schalldämpferbaueinheit radial nach außen verlaufen können. Wenn mit einem erhöhten Abschnitt ein Band verbunden und gespannt wird, schaffen die Kopplungsabschnitte eine entgegengesetzte Torsions- und/oder Federkraft, die der axialen Bewegung des erhöhten Abschnitts des Rings entgegenwirkt. Durch geeignete Wahl des Konstruktionsmaterials des Rings können die Torsions- oder Federkräfte in den Kopplungsabschnitten des Rings über die erwarteten Betriebsbedingungen des Schalldämpfers aufrechterhalten werden, so dass die erhöhten Abschnitte des Rings nicht axial zusammenfallen. Somit gleicht ein solcher Ring eine Ausdehnungsdifferenz zwischen dem Band und dem Schalldämpferbaukörper aus.
Das Spannen der Bänder kann dadurch erreicht werden, dass das Hakenende des Bands unter Verwendung eines Hebels oder dergleichen über den erhöhten Abschnitt des Rings gehebelt wird. Das erste Band kann leicht dadurch gespannt werden, dass das Hakenende des Bands auf einen erhöhten Abschnitt des Rings aufgebracht wird, während der Ring um die unteren Abschnitte, die zu diesem erhöhten Abschnitt benachbart sind, gedreht wird, so dass er eine Stellung normal zur Ebene der Kappe der Schalldämpferbaueinheit annimmt. In dieser Stellung wird der erhöhte Abschnitt axial zum anderen Ende der Schalldämpferbaueinheit bewegt, wobei das Band leicht auf den erhöhten Abschnitt des Rings gehakt werden kann. Allerdings bewegt sich der erhöhte Abschnitt axial vom anderen Ende der Schalldämpferbaueinheit weg, wobei er das Band inhärent spannt, wenn der Ring so gedreht wird, dass er gegen das Ende der Schalldämpferbaueinheit liegt.
Auf Wunsch kann ein Abschnitt des Fahrzeugs oder einer anderen Struktur, an der die Schalldämpferbaueinheit angebracht werden soll, einen Teil des Klemmmechanismus bereitstellen. Zum Beispiel kann ein Ende der Schalldämpferbaueinheit in einem Abschnitt des Fahrzeugfahrgestells sitzen, wobei die axialen Klemmmittel eher als an einem Kreuz oder an einem anderen Mittel an diesem Ende der Schalldämpferbaueinheit mit dem Fahrgestell verbunden sein können.
Die Erfindung ist oben hinsichtlich einer einfachen axialen Baueinheit der Schalldämpfermodule beschrieben worden. Allerdings kann die Erfindung auf verschachtelte Module angewendet werden, in denen eines oder mehrere Zylindermodule in ringförmigen Modulen angeordnet sind. In dieser Form der Schalldämpferbaueinheit ist das Fehlen radialer Vorsprünge von den Rohrkörperelementen an den Verbindungen zwischen ihnen und anderen Rohrkörperelementen ein Hauptnutzen, da dies die Bildung ringförmiger Gasdurchgänge innerhalb der Schalldämpferbaueinheit verringert. Wie oben festgestellt wurde, können aber die durch Verformen der Enden der Rohrkörperelemente gebildeten radialen Flansche radial nach außen gerichtet sein, so dass sie als Schultern dienen, an die der Endabschnitt eines ringförmigen Behandlungselements, das an einem Rohrelement gelagert ist, anliegen kann, sowie einen Flansch bereitstellen, um zwischen benachbarten Rohrkörperelementen eine gasdichte Abdichtung zu bilden. Die Fähigkeit, solche Baueinheiten zu bilden, ermöglicht, dass der Konstrukteur eine Schalldämpferbaueinheit schafft, in der die Gasflüsse in einer Richtung innerhalb der Zylindermodule durch eine geeignete Stirnkappe gesammelt und in der entgegengesetzten Richtung durch die äußeren ringförmigen Module geleitet werden oder umgekehrt. Eine solche Baueinheit ermöglicht, eine axial kompakte Schalldämpferbaueinheit zu schaffen. Alternativ kann in den teilweise behandelten Gasstrom in der Stirnkappe, die die zylindrischen Module mit den ringförmigen Modulen verbindet, Harnstoff oder ein anderes Material injiziert werden, so dass in verschiedenen Abschnitten der Schalldämpferbaueinheit verschiedene Bedingungen erreicht werden können.
Die Erfindung ist oben hinsichtlich eines Schalldämpfers zur Verwendung mit einem Dieselmotor beschrieben worden. Allerdings kann die Erfindung auch dort, wo es erwünscht ist, eine modulare Einheit für die Behandlung eines Gasstroms zu bilden und z. B. bei der Behandlung von Abgasen von einem Kohleverbrennungsofen oder der Emissionen von einem LPG-getriebenen Motor angewendet werden.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN:
Es wird nun eine bevorzugte Form der Verbindung der Erfindung veranschaulichend in Bezug auf einen Schalldämpfer beschrieben, wie er in den beigefügten Zeichnungen gezeigt ist, in denen 1 ein axialer Schnitt durch den Schalldämpfer ist; 2 eine alternative Form der Schalldämpferbaueinheit aus 1 zeigt; 3 eine graphische Darstellung eines Bands ist, das einen Ring zur Verwendung mit den Baueinheiten der 1 oder 2 befestigt und spannt; und 4 ein Rohrkörperelement mit radial nach außen gerichteten Flanschen zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM:
Der Schalldämpfer weist zwei oder mehr Module auf, die jeweils ein Rohrkörperelement 1 aufweisen, das ein zylindrisches Behandlungselement 2 enthält, das von einer Hülse 3 des Stoßdämpfungsmaterials, das unter dem Warenzeichen Interam verkauft wird, umgeben ist. Zum Beispiel enthält ein Rohrkörperelement einen mit kleinen Öffnungen versehenen Keramikfrittenkern, der einen Rhodium/Platin-Katalysator enthält, der an den frei liegenden Oberflächen innerhalb des Kerns abgelagert ist; während ein weiteres Rohrkörperelement ein gegossenes Keramikfilterelement enthält, das mehrere axiale Durchlässe darin besitzt, die alternativ zu jedem Ende des Elements geöffnet sind und aus einer porösen Keramik gebildet sind, so dass der Flussweg für das Gas durch das Filterelement gewunden ist.
Jedes Ende des Rohrelements 1 ist mit einem nach innen umgebogenen Flansch 4 gebildet, der innerhalb der Bohrung des Elements 1 eine ringförmige Innenschulter bereitstellt, gegen die der Endabschnitt des Behandlungselements 2 in Eingriff ist. Der Flansch kann in Umfangsrichtung ununterbrochen oder unterbrochen sein. Normalerweise ist es erwünscht, einen Kreisring 5 aus einem Metallgeflecht oder aus einem ähnlichen zusammendrückbaren Material zwischen dem Behandlungselement 5 und der Schulter des Flanschs 4 bereitzustellen, um die axialen Druckkräfte auszugleichen, während der Flansch 4 gegen das Behandlungselement nach innen umgebogen wird. Außerdem ist es normalerweise erwünscht, dass der Flansch 4 um mehr als 90°, z. B. um 92° bis 105°, nach innen umgebogen ist, so dass er den Ring 5 gegen die frei liegende Stirnfläche des Behandlungselements 2 zusammendrückt.
Die axiale Länge des Gehäuseelements 1 ist so gewählt, dass der Flansch 4 in der richtigen axialen Lage gebildet ist, um die geforderte axiale Länge des Moduls zu erreichen. Die Erfinder haben festgestellt, dass das Umbiegen des Endabschnitts des Gehäuseelements 1 nach innen mit axialer Genauigkeit erreicht werden kann, so dass Module mit genau gesteuerten axialen Abmessungen hergestellt werden können und die Druckkraft des Rings 5 Toleranzen während der Herstellung der Behandlungselemente 2 ausgleicht.
Die Bildung der ringförmigen Schulter, die durch den nach innen umgebogenen Flansch 4 bereitgestellt wird, vermeidet die Notwendigkeit, innerhalb des Rohrelements getrennte innere ringförmige Flansche bereitzustellen, die die Behandlungselemente halten, wie es bisher als erforderlich angesehen wurde.
Die Module der Schalldämpferbaueinheit sind durch Anlegen einer Manschette 10 um den Stumpfstoß zwischen benachbarten Modulen zusammengehalten. Auf Wunsch kann sich zwischen gegenüberliegenden Flanschen 4 eine Ring dichtung befinden oder können gegenüberliegende Flächen der Flansche 4 eine federnde Beschichtung oder Schicht tragen, die die Dichtung bereitstellt. Allerdings haben die Erfinder festgestellt, dass die leichte Biegung, die im Flansch 4 gebildet ist, in Abwesenheit einer Dichtung in einigen Fällen eine angemessene Abdichtung zwischen den gegenüberliegenden Flanschen benachbarter Module schafft.
Abschließend ist an einer solchen Baueinheit eine Stirnkappe 11, 12 mit einem geeigneten Einlass 13 und mit einem geeigneten Auslass 14 angeordnet. Normalerweise enthalten die Stirnkappen einen vorstehenden axialen Umfangsring oder -steg 15, 16.
Daraufhin wird die Schalldämpferbaueinheit durch Anwenden axialer Bänder 20 darauf befestigt. Die Bänder 20 tragen an jedem Ende hiervon einen Haken 21, der auf die Ränder 15, 16 der Stirnkappen 11, 12 gehebelt wird.
Wie in 2 gezeigt ist, weist die Schalldämpferbaueinheit vorzugsweise eine Reihe zylindrischer Module 30 auf, die sich innerhalb einer äußeren Reihe ringförmiger Module 31 befinden. Auf Wunsch können Abstandshalter 32 den Platz eines Teils der Behandlungselemente einnehmen, so dass sich die inneren und die äußeren Modulstränge über den gleichen axialen Abstand erstrecken.
Auf Wunsch kann ein Modul eine Anzahl von Behandlungselementen mit zusammendrückbaren Dichtungen 33 dazwischen enthalten, um Schwankungen ihrer axialen Längen auszugleichen. Die auf die Stirnkappen 34, 35 einer solchen Baueinheit ausgeübte äußere axiale Klemmung wendet sowohl auf die äußeren ringförmigen Module als auch auf die inneren zylindrischen Module eine axiale Klemmkraft aus, um ohne die Notwendigkeit einer getrennten Klemmung der inneren Module eine gasdichte Baueinheit zu erreichen.
Eine solche Baueinheit erreicht nicht nur eine axiale Verkürzung der Schalldämpferbaueinheit, sondern ermöglicht auch, in die Stirnkappe, wo die Gasflussrichtung umgekehrt wird, ein Behandlungsmaterial, z. B. Harnstoff, einzuspritzen, so dass in den ringförmigen Modulen andere Bedingungen und Behandlungen als in den zylindrischen Modulen erreicht werden können. Die relative Lage des Einlasses 36 und des Auslasses 37 kann durch Drehen der Komponenten der Stirnkappe 34 leicht geändert werden.
3 veranschaulicht eine bevorzugte Form der Verankerung der Bänder an der Schalldämpferbaueinheit. Eine oder beide Stirnkappen 34 und 35 der in 2 gezeigten Baueinheit sind mit einem in Umfangsrichtung axial vorstehenden Rand 40 versehen. Innerhalb des Rands 40 befindet sich ein Ring 42 aus Metall oder aus einem anderen Material mit erhöhten und vertieften Abschnitten 43 und 44, die durch geneigte Zwischenabschnitte 45 verbunden sind, so dass der Ring allgemein eine Wellen- oder Sinuskonfiguration besitzt. Die Endhaken 46 der axialen Bänder 47 werden auf die erhöhten Abschnitte 43 des Rings 42 gehebelt und klemmen die Schalldämpferbaueinheit axial. Das erste Band wird dadurch an dem Ring 42 befestigt, dass der Ring 42 gedreht wird, so dass er eine Orientierung annimmt, die, wie punktiert gezeigt ist, normal zur Ebene der Stirnkappe ist. Dies bewegt einen erhöhten Abschnitt 43a axial zu dem anderen Ende der Baueinheit, so dass der Haken leicht mit diesem erhöhten Abschnitt in Eingriff gebracht werden kann. Daraufhin wird der Ring 42 gedreht, so dass er wie in 3 gezeigt gegen die Stirnkappe liegt und somit das Band spannt.
Wie in 4 gezeigt ist, kann der Stirnabschnitt des inneren Rohrkörperelements 50 nach außen verformt sein, um einen nach außen gerichteten Flansch 51 zu bilden. Ein ringförmiges Behandlungselement 52, das an dem Rohrkörperelement 50 gelagert ist, kann wie oben beschrieben axial gegen den Flansch 51 befestigt sein, damit sich das Behandlungselement innerhalb des Rohrkörperelements 50 befindet. Normalerweise halten die Reibungskräfte zwischen dem Körperelement 50 und einem zylindrischen Behandlungselement 53, das sich innerhalb des Körperelements befindet, die axiale Lage des Behandlungselements 53 aufrecht. Allerdings können auf Wunsch in der Wand des Rohrelements 50 durch eine geeignete Rolltechnik an den richtigen Stellen zwei nach innen gerichtete Umfangsstege 54 gebildet werden, um in dem Körper 50 innere Anschläge bereitzustellen, die das Element 53 in der gewünschten axialen Stellung innerhalb des Körpers 50 halten. Die axial frei liegenden Flächen der Flansche 51 können außerdem mit einem geeigneten Dichtungsmaterial dazwischen als benachbarte Flansche dienen, wenn sich zwei Rohrkörperelemente 50 und 60, die nach außen gerichtete Flansche 51 und 61 tragen, axial aneinander befinden. In der in 4 gezeigten Baueinheit ist das Element 60 das Einlassrohr für den Schalldämpfer.
Eine solche Struktur stellt sowohl ein Innen- als auch ein Außenbehandlungselement 52 und 53 bereit, die an einem gemeinsamen Rohrelement 50 getragen werden. In einen äußeren Behälter 62 können zwei oder mehr solche Strukturen eingeführt werden, wobei die Stirnkappen 63 und 64 durch V-förmige Umfangsbänder 65 und 66 daran befestigt sind, die an angewinkelten radialen Flanschen 67 und 68, die von dem Behälter 62 und von den Stirnkappen 63 und 64 getragen werden, in Eingriff sind. Beim Anziehen berühren sich die Bänder 65 und 66 radial, so dass sie auf die Stirnkappen und auf den Behälter eine axiale Kraft ausüben. Diese axiale Kraft veranlasst, dass die Innenkomponenten axial geklemmt werden, um eine gasdichte Struktur zu bilden. In diesem Fall bildet der Behälter 62 die Komponente des axialen Klemmmechanismus, die im Wesentlichen über die gesamte Länge der Innenkomponenten der Schalldämpferbaueinheit axial verläuft.

Claims

Vorrichtung zum Behandeln eines Gasstroms, die mehrere Fächer umfasst, in denen eine oder mehrere Behandlungen an einem sich durch das Fach bewegenden Gasstrom ausgeführt werden sollen und durch die der Gasstrom nacheinander strömt, dadurch gekennzeichnet, dass: a. wenigstens zwei der Fächer jeweils ein Rohrkörperelement (1, 1') umfassen, das ein Behandlungselement (2, 2') enthält oder trägt, das bezüglich einer axialen Bewegung relativ zu dem Körperelement (1, 1') fest ist; und b. die Rohrkörperelemente (1, 1') der benachbarten Fächer mit radial nach außen und/oder nach innen sich erstreckenden Endflanschen (4, 4') versehen sind, wovon wenigstens einige eine Schulter bilden, an der der gegenüberliegende Endabschnitt des benachbarten Fachs anliegt, um so eine axial verlaufende Struktur zu bilden, die wenigstens zwei Fächer umfasst, die in einer axialen oder koaxialen gegenseitigen Beziehung stehen; und c. Klemmmittel (20, 21, 62, 63, 64), die sich axial im Wesentlichen über die Länge der Struktur erstrecken, auf die axiale Struktur eine axiale Kraft ausüben, um die zwei benachbarten Fächer durch eine axiale Einklemmwirkung in einem gasdichten Eingriff zusammenzuhalten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmmittel (62, 63, 64) einen äußeren Behälter (62) und an dem äußeren Behälter (62) befestigte Stirnkappen (63, 64) umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Stirnkappen (63, 64) an dem äußeren Behälter (62) durch V-förmige Umfangsbänder (65, 66) befestigt sind, die an angewinkelten radialen Flanschen (67, 68) in Eingriff sind, die von dem Behälter (62) und von den Stirnkappen (63, 64) getragen werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Rohrelemente (1, 1') polygonförmig ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einige der Behandlungskammern in einer im Allgemeinen konzentrischen Anordnung in anderen Behandlungskammern aufgenommen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Endflansche (4, 4') von zwei benachbarten Rohrelementen axial nach außen gebogene Oberflächen aufweisen, um einen lokalen Dichtungsdruck zu erzeugen, wenn die Rohrelemente (1, 1') axial eingeklemmt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Rohrelemente (1, 1') ein Behandlungselement (2, 2') enthält, um die Abgase von einer Brennkraftmaschine einer Filterung zu unterwerfen, um wenigstens einen Teil des Partikelmaterials aus dem Gasstrom zu entfernen, und wenigstens ein anderes Rohrelement (1', 1) ein Behandlungselement (2', 2) enthält, um Komponenten in dem Gasstrom einer katalytischen Behandlung zu unterwerfen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Endabschnitte (4, 4') der Rohrelemente (1, 1') um einen Winkel von 90° oder mehr nach innen umgebogen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Klemmmittel (20, 21) axiale Metallbänder (20) umfassen, die in Umfangsrichtung in Intervallen um die Rohrelemente angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Klemmmittel mit Federmitteln (43) versehen sind, um in den axialen Klemmmitteln während der Verwendung der Vorrichtung einen Zug aufrechtzuerhalten.
Brennkraftmaschine, die mit einem Schalldämpfer versehen ist, der eine Vorrichtung nach Anspruch 1 umfasst.