EP0336002B1 - Drahtgestrick sowie Verfahren zu dessen Herstellung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a sleeve made of wire, a method for its production and a device for carrying out the method.
- Catalytic coated, preferably cylindrical, ceramic monoliths are used for exhaust gas detoxification from internal combustion engines. These monoliths are permanently stored in a housing, with the interposition of a cover, usually made of wire mesh.
- the monolith is first provided with the shell, then these two parts are inserted loosely into the two-part housing and this is pressed when it is closed. Attempts were first made to stop the axial movement of the monolith resulting from the pulsating exhaust gas flow via radial forces in the form of pressed-in beads, but this has not proven successful. Excessively high pressures applied during manufacture involve the risk of damaging the ceramic monolith. If the pressures are too low, there is a risk of insufficient holding force.
- a disadvantage of the known casings is that due to the forces acting on the monolith - both when pressing in Monolith and casing in the housing as well as in operation due to the pulsating gas flow, as occurs in exhaust gases from internal combustion engines - the monolith is brought into contact with the housing and is thereby damaged.
- the multiple wrapping of the monolith has the disadvantage that a high surface pressure occurs at the edge of the monolith due to the many layers and this can therefore be damaged.
- a generic cover according to the preamble of the main claim is also known (EP-A1 0 250 384).
- This sheath consists of pre-tensioned, flat rolled wire from a high-alloy steel and is placed over the surface of the monolith. Two beads surround the edge areas of the entry and exit sides of the monoliths used.
- the invention is based on the object of proposing a casing, a method for its production and an apparatus for carrying out the method, with which a maximum degree of safety can be achieved for the monolith in the production of the catalyst and in its operation.
- the flat wire mesh preferably in the form of a tube, which is provided with oblique embossments, is wound onto a surface adapted to the jacket of the monolith, preferably a mandrel which corresponds in shape and dimension to the monolith.
- the preload between the monolith and the metal housing can be adjusted with the depth or the height of the impressions.
- the wire mesh can also be wound directly onto the monolith and pressed there in the longitudinal direction, if an abutment that can be removed afterwards is only placed on the edges of the end faces when pressing, in order to absorb the pressing forces, so that damage to the monolith is not is to be feared. Because of the knitted wire knitting before winding with an acute angle to the circumferential winding direction cause a certain axial deflection after pressing, so that despite the abutment the compressed bead comes to rest against the end faces of the monolith.
- the wire mesh slightly apart in the axial direction before pressing the bead in order to achieve a firm fit of the bead by deflecting the shaped casing after the pressing process of the bead.
- the surface is longitudinal the edges of its end face has a circumferential projection, which is correspondingly formed as an indentation on the bead to be pressed, so there is the additional advantage that the particularly sensitive edges of the ceramic monolith do not lie directly on the shell, but in the through the projection generated indentation.
- Fig. 1 the device is shown. It has a mandrel 10, the shell 11 of which forms the surface 11 in shape and extent corresponds to the monolith 20 (FIGS. 3 and 4).
- the wire mesh 21 is preferably wound twice around the surface 11 of the mandrel 10 in the circumferential direction. The width of the wire mesh is dimensioned such that there is an overhang 18 for the wire mesh 21.
- the mandrel is located in two axially open mold jaws 12, 13 that are movable towards one another and radially surround the mandrel with play. Through the two axial openings of the mold jaws 12, 13, sliding sleeves 14 penetrate as actual pressing tools, which are axially displaceable.
- the mandrel 10 has two terminal fixed first shoulders 15 of smaller diameter in the region of the protrusion 18 of the wire mesh over the surface 11 of the mandrel 10.
- the first paragraphs 15 have further second paragraphs 16 with a smaller diameter than the guide for the sliding sleeves 14.
- the actual projecting pressed parts of the sliding sleeve 14 rest on the surfaces of the shoulders 15 and have projecting shoulders 14a on their front side, which in the end position are at a distance from the annular end face.
- the shaped jaws 12, 13 also have a ring 25 of larger diameter located in the area of the surface 11 of the mandrel 10, so that the knitted wire 21 is not compressed too much in this area when the shaped jaws 12, 13 are closed in the direction of arrow A (FIG. 2).
- This annular space 25 is followed by a circumferential circumferential clamping projection 26 for holding the wire mesh 21 while the overhang 18 is pressed together when the sliding sleeves 14 move together in the direction of arrow B.
- the circumferential clamping projection 26 has an undercut 27 in the region of the - circumferential - edges 28 of the surface 11 with the annular end face 19. The undercut 27 goes into an area 29 of the pressing tools 12, 13 with a smaller diameter than the area of the annular space 25 about.
- This device produces a inherently dimensionally shaped and provided with a bead 24 shaped sleeve 22 as shown in FIG. 3, which can jump over the circumferential edge of each end face of the monolith 20 somewhat radially inward when it is pushed over the monolith, as that is shown in Fig. 3.
- the components prefabricated in this way are then inserted into the two-part housing 23 (FIG. 4) and, when they are connected, are permanently and reliably secured against damage as a result of axial displacements of the monolith 20 in the pulsating gas stream.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Hülle aus Draht, ein Verfahren zu deren Herstellung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
- Zur Abgasentgiftung von Verbrennungsmotoren dienen katalytisch beschichtete, vorzugsweise zylindrische Monolithen aus Keramik. Diese Monolithen werden fest in einem Gehäuse gelagert, und zwar unter Zwischenlage einer Hülle, üblicherweise aus Drahtgestrick.
- Bei den bekannten Verfahren wird zunächst der Monolith mit der Hülle versehen, dann werden diese beiden Teile lose in das zweiteilige Gehäuse eingesetzt und dieses wird beim Schließen verpreßt. Es wurde zunächst versucht, die infolge des pulsierenden Abgasstromes entstehende Axialbewegung des Monolithen über Radialkräfte in Form von eingepreßten Sicken zu stoppen, was sich aber nicht bewährt hat. Zu große, beim Herstellen aufgebrachte Drücke bergen nämlich die Gefahr der Beschädigung des aus Keramik bestehenden Monolithen. Bei zu geringen Drücken besteht die Gefahr einer zu geringen Haltekraft.
- Es ist daher auch schon vorgeschlagen worden, die Ränder der Stirnseite umgreifende besonderte Bauteile in Form eines Ringes einzusetzen (DE-OS 24 12 863). Es ist auch schon vorgeschlagen worden, im Bereich der Stirnseite eine mehrfach umgelegte und dadurch verstärkte Hülle zum Auffangen der Axialkräfte des Monolithen einzusetzen (DE-OS 35 19 965).
- Von Nachteil bei den bekannten Hüllen ist, daß durch die auf den Monolith wirkenden Kräfte - und zwar sowohl die beim Einpressen von Monolith und Hülle in das Gehäuse als auch die im Betrieb durch die pulsierende Gasströmung, wie sie bei Abgasen von Verbrennungsmotoren auftritt - der Monolith in Berührung mit dem Gehäuse gebracht wird und dadurch beschädigt wird. Außerdem hat das mehrfache Umwickeln des Monolithen den Nachteil, daß am Rand des Monolithen durch die vielen Lagen eine hohe Flächenpressung auftritt und dieser somit geschädigt werden kann.
- Es ist ferner eine gattungsgemäße Hülle gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs bekannt (EP-A1 0 250 384). Diese Hülle besteht aus unter Vorspannung gezogenem, flach gerollten Draht eines hochlegierten Stahls und wird über die Oberfläche des Monolithen gestülpt. Zwei Wulste umgreifen die Randbereiche der Eintritts- und Austrittsseite der eingesetzten Monolithe.
- Aber auch diese bekannte Hülle ist nicht dazu geeignet, Beschädigungen des Monolithen bei der Montage oder während des Betriebs hinreichend zulässig auszuschließen.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hülle, ein Verfahren zu deren Herstellung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorzuschlagen, mit denen ein Höchstmaß an Sicherheit für den Monolithen bei der Herstellung des Katalysators als auch in dessen Betrieb erzielbar ist.
- Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Sach-, Verfahrens- und Hauptanspruchs gelöst.
- Es wird also erfindungsgemäß das ebene Drahtgestrick, vorzugsweise in Schlauchform, welches mit schräglaufenden Einprägungen versehen ist, auf eine dem Mantel des Monolithen angepaßte Oberfläche, vorzugsweise einen Dorn, der in Form und Abmessung dem Monolithen entspricht, aufgewickelt. Mit der Tiefe bzw. der Höhe der Einprägungen kann die Vorspannung zwischen dem Monolithen und dem Metallgehäuse eingestellt werden. Beim Pressen des über den Dorn überstehenden Überstandes des Drahtgestricks in Axialrichtung werden aus jedem der beiden Überstände je ein Wulst erzeugt, der bezüglich des Maßes des aufzunehmenden Monolithen sowohl in Axialrichtung als auch radial nach innen vorsteht. Diese solchermaßen geformte Hülle wird dann mittels einer konischen Hülse über den Monolithen geschoben und danach wird die konische Hülse wieder entfernt, so daß der von der Hülle umgebene Monolith nunmehr in das zweiteilige Gehäuse eingesetzt und in dieser eingesetzen Lage dauerhaft sichergehalten werden kann, wobei ein definiertes Axialmaß zwischen dem Monolithen und dem Gehäuse erzielt werden kann und nicht nur die elastische Lagerung in Radialrichtung zwischen dem Gehäuse und dem Monolithen erzeugt werden kann, sondern auch die axialen Kräfte aufgenommen werden können. Durch den Wulst können sowohl die Dichte, wie auch die elastischen Eigenschaften in Axialrichtung beeinflußt werden. Infolge dessen können durch den Wulst und eine dort andere Elastizität als im übrigen geformten Gestrick die Längentoleranzen zwischen dem Gehäuse und dem Monolithen aufgefangen werden. Schließlich wird eine Abdichtung gegenüber einer unerwünschten Bypass-Strömung des Abgases erzielt. Zugleich ergibt sich eine gleichmäßige Flächenpressung in den Bereichen ohne Wulst der geformten Hülle auf den Monolithen.
- In alternativer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Drahtgestrick auch direkt auf den Monolithen aufgewickelt und dort in Längsrichtung gepreßt werden, wenn nur beim Pressen auf die Ränder der Stirnseiten ein danach entfernbares Widerlager aufgesetzt wird, um die Preßkräfte aufzunehmen, so daß eine Beschädigung des Monolithen nicht zu befürchten ist. Denn über die das Drahtgestrick vor dem Aufwickeln mit spitzwinklig zu in Umfangsrichtung verlaufenden Wickelrichtung verlaufenden Einprägungen bewirken nach dem Pressen ein gewisses axiales Einfedern, so daß trotz der Widerlager der zusammengepreßte Wulst fest zur Anlage an den Stirnseiten des Monolithen kommt. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, vor dem Pressen des Wulstes, das Drahtgestrick in Axialrichtung etwas auseinanderzuziehen, um ein festes Anliegen des Wulstes durch Einfedern der geformten Hülle nach dem Preßvorgang des Wulstes zu erzielen. Wenn in bevorzugter Ausführungsform die Oberfläche längs den Rändern ihrer Stirnseite einen umlaufenden Vorsprung aufweist, der sich entsprechend als Eindrückung an dem zu pressenden Wulst abbildet, so ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß die besonders empfindlichen Ränder des Monolithen aus Keramik nicht direkt an der Hülle anliegen, sondern in der durch den Vorsprung erzeugten Eindrückung liegen.
- Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
- Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und ein schematischer Verfahrensablauf sind in der Zeichnung dargestellt. In dieser zeigt:
- Figur 1
- die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, im schematischen teilweise abgebrochenen Querschnitt und der Anfangsstellung;
- Figur 2
- die Vorrichtung gemäß Fig. 1 in gleicher Darstellung und Preßendstellung;
- Figur 3
- die über einen Monolithen gestreifte geformte Hülle;
- Figur 4
- die Bauteile gemäß Fig. 3, im in das Gehäuse eingesetzten Zustand, im schematischen Halbschnitt; und
- Figur 5
- die Einzelheit 5 gemäß Fig. 2.
- In Fig. 1 ist die Vorrichtung gezeigt. Sie weist einen Dorn 10 auf, dessen die Oberfläche 11 bildender Mantel in Form und Ausmaß mit dem Monolithen 20 (Fig. 3 und 4) entspricht. Auf die Oberfläche 11 des Dorns 10 wird das Drahtgestrick 21 vorzugsweise zweimal in Umfangsrichtung aufgewickelt. Die Breite des Drahtgestricks ist so bemessen, daß sich ein Überstand 18 für das Drahtgestrick 21 ergibt.
- Der Dorn befindet sich in zwei aufeinander zu beweglichen und den Dorn mit Spiel radial umgebenden, axial offenen Formbacken 12, 13. Durch die zwei Axialöffnungen der Formbacken 12, 13 greifen Schiebehülsen 14 als eigentliche Preßwerkzeuge durch, welche axial verschiebbar sind.
- Der Dorn 10 weist zwei endständige feste erste Absätze 15 geringeren Durchmessers im Bereich des Überstands 18 des Drahtgestricks über die Oberfläche 11 des Dorns 10 auf. Die ersten Absätze 15 weisen weitere zweite Absätze 16 mit diesen gegenüber geringerem Durchmesser als Führung für die Schiebehülsen 14 auf. Die eigentlichen vorspringenden Preßteile der Schiebehülse 14 liegen auf den Oberflächen der Absätze 15 an und weisen vorspringende Absätze 14a an ihrer Vorderseite auf, die in Endlage einen Abstand zur kreisringförmigen Stirnfläche aufweisen.
- Die Formbacken 12, 13 weisen ferner einen im Bereich der Oberfläche 11 des Dorns 10 befindlichen Ring 25 größeren Durchmessers auf, damit in diesem Bereich beim Zufahren gemäß Richtungspfeil A (Fig. 2) der Formbacken 12, 13 das Drahtgestrick 21 nicht allzusehr zusammengepreßt wird. An diesen Ringraum 25 schließt sich ein in Umfangsrichtung umlaufender Klemmvorsprung 26 zum Festhalten des Drahtgestricks 21 während des Zusammenpressens des Überstands 18 beim Zusammenfahren der Schiebehülsen 14 gemäß Richtungspfeil B an. Der in Umfangsrichtung umlaufende Klemmvorsprung 26 weist eine Hinterschneidung 27 im Bereich der - umlaufenden - Ränder 28 der Oberfläche 11 mit der kreisringförmigen Stirnfläche 19 auf. Die Hinterschneidung 27 geht in einen Bereich 29 der Preßwerkzeuge 12, 13 mit gegenüber dem Bereich des Ringraumes 25 geringeren Durchmesser über. Durch diese Vorrichtung wird ein in sich formstabil geformtes und mit einem Wulst 24 versehene geformte Hülle 22 gemäß Fig. 3 hergestellt, welches die umlaufende Kante jeder Stirnseite des Monolithen 20 etwas radial einwärts springend übergreifen kann, wenn es über den Monolith geschoben wird, wie das in Fig. 3 gezeigt ist. Die solchermaßen vorgefertigten Bauteile (geformte Hülle mit Monolith) werden dann in das zweiteilige Gehäuse 23 eingesetzt (Fig. 4) und bei deren Verbindung dauerhaft und zuverlässig gegen Beschädigungen infolge von Axialverschiebungen des Monolithen 20 im pulsierenden Gasstrom gesichert.
Claims (25)
- Hülle (22) aus Draht für einen zur Abgasentgiftung von Verbrennungsmotoren dienenden, katalytisch beschichteten, vorzugsweise zylindrischen Monolithen aus Keramik (20), der an seinen beiden Stirnseiten eine Eintritts- und Austrittsseite für das Abgas sowie einen Mantel aufweist, wobei die Hülle (22) in Längsachsenrichtung des Monolithen (20) eine derartige Länge aufweist, daß sie mit eingesetztem Monolithen dessen Randbereiche der Eintritts- und Austrittsseite unter jeweiliger Ausbildung einer Wulst (24) umgreift,
dadurch gekennzeichnet,- daß die Hülle (22) als vorgeformtes Drahtgestrick (21) ausgebildet ist, und- daß die Wülste (24) derart verpreßt sind, daß sie eine größere Dichte als das übrige Drahtgestrick (21) unter Bildung einer festen und stabilen Form der Hülle (22) aufweisen. - Hülle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtgestrick (21) aus einem Schlauchgestrick besteht.
- Hülle (22) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Innenfläche im Bereich des Übergangs zu jedem Wulst (24) Einprägungen aufweist, derart, daß die umlaufende Kante des Monolithen (20) an seinen Stirnseiten nicht berührt wird.
- Hülle (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche eines oder beider Wulste (24) in einem Winkel ungleich 90° zu der dem Mantel des Monolithen (20) entsprechenden Innenfläche der Hülle verläuft.
- Verfahren zur Herstellung einer Hülle (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
wobei das geformte Gestrick als Hülle für einen zur Abgasentgiftung von Verbrennungsmotoren einsetzbaren, katalytisch beschichteten, vorzugsweise zylindrischen Monotlithen (20) aus Keramik dient,
wobei das geformte Gestrick aus Drahtgestrick, vorzugsweise aus einem Schlauchgestrick besteht,
wobei das Drahtgestrick in Axialrichtung länger als die durch den Abstand der beiden Stirnseiten des Monolithen (20) bestimmte Länge ist sowie in Axialrichtung beidseitig über die Oberfläche als Überstand (18) vorsteht und jeweils einen Wulst (24) bildet,
wobei der Monolith (20) an seinen beiden Stirnseiten eine Eintrittsund eine Austrittsseite für das Abgas sowie einen Mantel aufweist, und
wobei der Monolith zum nachfolgenden Einsatz in einem Gehäuse vorgesehen ist und als Katalysator dient,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Aufwickeln des Drahtgestricks auf eine dem Mantel des Monolithen (20) angepaßte Oberfläche (11) in Umfangsrichtung erfolgt,
daß ein Festhalten des Drahtgestricks (21) auf der Oberfläche (11) zumindest im unmittelbar an den Bereich des Überstands (18) angrenzenden Bereich erfolgt,
daß ein Zusammenpressen des Überstands (18) bei im übrigen festgehaltenen Drahtgestrick (21) in Axialrichtung auf ein vorgebbares Axialmaß zu einem Wulst (24) erfolgt, und
daß das Drahtgestrick beim Zusammenpressen zur Hülle (22) geformt wird. - Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtgestrick (21) zumindest zweimal um die Oberfläche (11) gewickelt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtgestrick (21) vor dem Aufwickeln mit spitzwinklig zur in Umfangsrichtung verlaufenden Wickelrichtung laufenden Einprägungen versehen wird.
- Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einprägungen in einem Winkel von 50 bis 70° zur Wickelrichtung verlaufen.
- Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einprägungen parallel zueinander verlaufen.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Oberfläche (11) die Oberfläche eines Dorns (10) verwendet wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis10, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtgestrick (21) im unmittelbar an dem Beginn des Überstands (18) angrenzenden Bereich festgehalten wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Überstände (18) gleichgroß sind.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 112 dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Umfang der Oberfläche (11) maximal so groß wie der betreffende Umfang des Monolithen (20) ist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (11) maximal so groß wie die Länge des Monolithen (20) ist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (11) längs den Rändern ihrer Stirnseiten (19) einen umlaufenden Vorsprung aufweist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausweichen des Drahtgestricks (21) nach radial außen sowie in Axialrichtung im Bereich der Oberfläche (11) beim Zusammenpressen in Axialrichtung durch einen Anschlag verhindert wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtgestrick beim Zusammenpressen zu der Hülle (22) in Axialrichtung zugleich etwas radial nach innen gebogen wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das gepreßte Drahtgestrick (21) über einen Monolithen (20) gezogen wird.
- Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der mit einer Hülle (22) versehene Monolith (20) in ein Teil eines Gehäuses eingelegt und danach ein zweites Teil darübergelegt und schließlich beide Teile zu dem Gehäuse (23) miteinander verbunden werden.
- Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, nach einem der Ansprüche 5 bis 19,
gekennzeichnet durch
einen Dorn (10) zur Aufnahme des Drahtgestricks (21) auf seinem die Oberfläche (11) bildenden Mantel, durch zwei aufeinander zu bewegliche und den Dorn mit Spiel für das Gestrick (21) radial umgebende, axial offene Formbacken (12, 13) und durch zwei die Axialöffnungen durchgreifenden Schiebehülsen als axial verschiebliche, eigentliche Preßwerkzeuge. - Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (10) zylindrisch mit zwei endständigen ersten Absätzen (15) geringeren Durchmessers für den Überstand (18) des Drahtgestricks (21) ausgebildet ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Absatz (15) einen weiteren Absatz (16) geringeren Durchmesser aufweist als Führung für die Schiebehülse (14).
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (11) des Dorns (10) längs ihrer durch den ersten Absatz (15) gebildeten Ränder einen Vorsprung aufweist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisringförmige Stirnfläche (19) zum ersten Absatz (15) in einem Winkel ungleich 90° verläuft.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiebehülse (14) einen vorspringenden Absatz (14a) aufweist.
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