EP0818615B1 - Katalysatorgehäuse - Google Patents

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EP0818615B1
EP0818615B1 EP97111254A EP97111254A EP0818615B1 EP 0818615 B1 EP0818615 B1 EP 0818615B1 EP 97111254 A EP97111254 A EP 97111254A EP 97111254 A EP97111254 A EP 97111254A EP 0818615 B1 EP0818615 B1 EP 0818615B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
funnel
catalytic converter
housing according
converter housing
large diameter
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP97111254A
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English (en)
French (fr)
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EP0818615A3 (de
EP0818615A2 (de
Inventor
Helmut Bauer
Werner Harsch
Olaf Herden
Robert Siebert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Publication date
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Publication of EP0818615A3 publication Critical patent/EP0818615A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/18—Construction facilitating manufacture, assembly, or disassembly
    • F01N13/1888—Construction facilitating manufacture, assembly, or disassembly the housing of the assembly consisting of two or more parts, e.g. two half-shells
    • F01N13/1894—Construction facilitating manufacture, assembly, or disassembly the housing of the assembly consisting of two or more parts, e.g. two half-shells the parts being assembled in longitudinal direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2839—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration
    • F01N3/2853—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration using mats or gaskets between catalyst body and housing
    • F01N3/2857—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration using mats or gaskets between catalyst body and housing the mats or gaskets being at least partially made of intumescent material, e.g. unexpanded vermiculite
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49345—Catalytic device making

Definitions

  • the invention relates to a catalyst housing according to the preamble of claim 1.
  • Catalyst housings such as are used to connect a catalytic converter in exhaust systems of internal combustion engines, in particular of motor vehicles, are available in various embodiments, with two systems having become established in the market.
  • a monolith coated with a catalytically active material (ceramic or metallic construction) is wrapped with a buffing mat, which has the task of storing the monolith.
  • a metal jacket is placed, which is wound with a specified force and thereby holds the monolith in position.
  • This tensioned metal jacket is stapled to the front sides, whereby a tight fit of the monolith is guaranteed.
  • On the front side inlet and outlet funnels are attached, which are aligned according to the requirements (connection of the exhaust pipe).
  • the attachment takes place by means of a welded circular seam to the wound converter. After closing the sheet metal jacket by means of a weld, the finished winding converter is obtained.
  • weak points have been identified in series production.
  • the high weight turns out to be disadvantageous and, on the other hand, there is often a connection of the funnels to the monolith surfaces which is often unfavorable to the current.
  • the shell converter overcomes these disadvantages.
  • the shell converter consists of the monolith, a soaked inflatable mat and two half-shells (one upper and one lower shell).
  • the tray converter has a lack of process safety and also the geometry defined by the shell shape presents difficulties in adapting to the underbody of motor vehicles.
  • variable Subfloors of motor vehicles is also a difference in the connection pipe converter to compensate for a complicated and therefore costly pipe adaptation.
  • the Blähmatte When assembling the shell-type converter, the Blähmatte is immersed in an organic liquid in order to facilitate their installation. This organic liquid then evaporates, so that the Blähmatte is very porous.
  • the converter shells in contrast to the monolith very different, so that for a reliable operation of the shell converter production with very tight tolerances is necessary. If the tolerances are not adhered to, the monolith, after the motor vehicle has been put into operation, gets freedom of movement, which can lead to failure of the catalytic converter.
  • Such catalyst housing arrangements are known, for example from DE 42 23 648 C . DE 38 21 397 C . DE 38 11 224 C and DE 37 29 994 A ,
  • the funnel which has the task of compensating the differences in diameter between the inlet and outlet pipe and the catalyst body, should on the one hand ensure a controlled exhaust gas flow and, on the other hand, protect the bubble mat from being washed out by the pulsating exhaust gas flow.
  • the hopper collar is employed at a 90 ° angle to the funnel axis, as for example from the DE 34 30 398 A , Figure 5 is known.
  • Such hoppers are usually made from a sheet metal blank by deep drawing, but with two disadvantages. On the one hand you need sheet metal blanks with a high thickness to get a still small diameter weldable for the connection of the exhaust pipe after deep drawing.
  • the second drawback is the 90 ° funnel setting to the funnel collar, which is welded to the catalyst housing. It may happen that, depending on the location of the monolith diameter in its tolerance field and possible decentralized attachment of the funnel collar to the catalyst housing, an effective monolith area of up to 15% is obscured.
  • An improvement shows the funnel connection according to FIG. 1 of the DE 34 30 398 A in which there is only a slight overlap of the effective monolith face.
  • this connection requires a high degree of precision in the manufacture of the housing parts and the funnel, since otherwise no accurate insertion of the funnel into the housing is possible.
  • FIG. 1 This becomes even more problematic in the FIG. 1 present welding of three sheet metal layers at the entrance hopper.
  • Another funnel connection is from the DE 34 30 399 A in which the large diameter of the funnel is folded over the catalyst housing.
  • this is a very expensive process and does not eliminate the disadvantage of eventual overlap of the effective catalyst endface.
  • US 5,118,476 is a catalyst housing for exhaust systems of internal combustion engines known with a tubular central part and two funnels for connecting the housing.
  • the funnels are connected with their large diameter with the middle part.
  • the middle part picks up a catalyst core.
  • the small diameter of the funnel can be connected to a fluid inlet or outlet part.
  • a two-part catalyst housing with integrated funnels known in which the catalyst core is fixed in the overlap region of the two parts.
  • a catalytic converter with a three-part housing and an inlet and an outlet cone and a middle Tubusring known.
  • a housing for a catalytic converter with a tube shell and funnel-like end caps is in the EP 263,893 described.
  • Object of the present invention is to provide a catalyst housing, which on the one hand has a low weight and on the other hand, a favorable exhaust gas flow.
  • a so-called tube funnel is used as the inlet and / or outlet funnel of the catalyst housing instead of a deep-drawn funnel. That is, the blank geometry of the hopper is a pipe.
  • the tube is expanded in a follower tool to the required large diameter and the required Small diameter retracted.
  • the retraction of the tube is done by pressing (pulling) of the tube funnel in a die.
  • the tube funnel is manufactured in two stages, with the expansion of one end to the retraction or vice versa.
  • the hopper has at its large diameter a material thickness which is at most 90% of the material thickness at its small diameter.
  • the material thickness at the large diameter is at most 80%.
  • the material thickness at the large diameter is advantageously at least 40% and in particular at least 60% of the material thickness at the small diameter, since otherwise the funnel becomes too heavy again and, secondly, the weldability becomes problematical either at the large diameter or at the small diameter.
  • the prior art hoppers have a reverse weight distribution, i. H.
  • the large diameter has a thicker wall thickness than the small diameter, making these funnels much heavier.
  • the funnel material at its large diameter is not too thin and on the other hand, the small diameter of the funnel receives a not excessively high material thickness.
  • a possible material overstretching on the large diameter is avoided in this manufacturing method. With the manufacturing method of drawing and widening a particularly favorable wall thickness distribution as well as mass distribution is achieved at the two diameters of the funnel.
  • the wide end of the funnel is attached with its front side to a connection slope of the central part and connected there in particular by soldering or welding.
  • the middle part can also be connected to one of its end faces at a connecting slope of the large diameter of the funnel, although the first embodiment is preferred.
  • the connection slope is preferably directed inward for manufacturing reasons.
  • the connection slope is advantageously produced by rolling.
  • connection slope is advantageously kept as short as possible, i. so that a gapless connection of the two parts is possible within the allowable manufacturing tolerances for the middle part and the funnel.
  • Anitatisschräge is at an angle of 10 ° to 70 ° and in particular from 20 ° to 50 ° to the longitudinal axis, since under this geometry larger manufacturing tolerances are still possible with short connection slopes.
  • connection bevel cross-part may also be formed with a connection bevel, which is then directed opposite (to the outside).
  • This connection slope advantageously has an angle to the longitudinal axis ⁇ the angle of the inwardly directed connection bevel.
  • connection bevel advantageously not only compensates for a diameter tolerance on the funnel or the middle part, but also conceals virtually no effective monolith surface at the same time, wherein in addition the funnel geometry (cf. DE 34 30 398 and 34 30 399 ) is simplified.
  • catalyst core preferably ceramic or metallic monoliths are used, wherein one or more monoliths can be accommodated in the central part of the catalyst housing.
  • the tubular central part in which the catalyst core is wound, d. H. is - as described above - made of a metal strip, which surrounds the Katalysatorkem (with the catalyst core against the middle part supporting intermediate layer, in particular mat).
  • the funnel described above is preferably arranged on the inlet and outlet side of the middle part.
  • FIG. 1 the usual today winding converter 20 is shown in section, which is composed of a middle part 21 and an inlet funnel 22 and an outlet funnel 23.
  • the metal jacket 21 encloses a catalytically coated monolith 24 with the interposition of a Blähmatte 25th
  • the catalytically coated monolith 24 is wrapped with the Blähmatte 25, which has the task to store the monolith 24.
  • the metal jacket 21 is placed and wound with a specified force on the Blähmatte (pulled). This will stretch the unit.
  • the tensioned metal jacket 21 is then stapled at its ends, whereby a tight fit of the monolith 24 is ensured.
  • the funnels 22, 23 funnel collars 27, 28, which are placed at an angle of approximately 90 ° to the longitudinal axis. The funnel collars arise during deep drawing of the funnels 20 to 23 from the corresponding sheet metal blanks by clamping the edge of the board.
  • the funnel edge 27 and 28 respectively has the largest material thickness of the funnels 22 and 23, respectively, since there is almost no pulling of the material. This thickness exceeds the thickness of the small diameter 29 or 30, since the output thickness of the sheet metal plate must be selected such that the small diameter after deep drawing have a still weldable thickness for joining and welding with the input and output tube (not shown). From manufacturing side therefore there is the problem that during deep drawing the wall thickness at the large diameter equal to the blank wall thickness (the sheet metal plate). At the small diameter 29 or 30, however, the wall thickness by the deformation is far below the RohteilwandJ. However, since you do not have to realize a welded joint at any diameter, a minimum wall thickness is required here. This certain minimum wall thickness can only be affected by changes in the blank dimensions, so that the blank wall thickness and thus the part weight for the production must be increased, although it is not required for the connection to the middle part.
  • funnel tubes are used whose blank geometry is a tube. This tube is expanded or contracted in two manufacturing operations, whereby large diameter 7 or 8 arise with relatively low wall thicknesses, which, however, are still weldable. Since the low wall thickness lies at the large diameter 7 or 8, the tube funnels 2 and 3 are significantly lighter than the funnels 22 and 23, respectively, in which the low wall thickness lies at the small diameter 29 or 30.
  • the tube funnel 2 or 3 avoid the connection problems to the metal jacket 1 by a new connection geometry.
  • the metal jacket 1 is inclined at its ends 11 and 12 at an angle of about 30 ° to the horizontal (longitudinal axis), so that connecting slopes arise.
  • bevels 11 and 12 diameter tolerances of the wound sheet metal jacket 1 with respect to the Bennett preparem 7 and 8 of the tube funnel 2 and 3 compensated.
  • the large diameter 7 and 8 can be welded parallel to the axis to the connecting bevels 11 and 12 respectively.
  • FIG. 3 It can be seen that in the embodiments according to FIG. 1 respectively.
  • FIG. 2 There is no difference in cross-section. In both cases, a wound metal jacket 1 or 21 is present, which is welded at 14 overlapping a pipe part. Within the metal jacket 1/21 of the catalyst core (monolith) 4/24 is arranged, which is supported via a mat 5/25 against the metal jacket 1/21. For the entire middle part is preferred only the Difference of the Anitatisschrägen 11 and 12, if they are formed in the metal jacket 1.
  • the funnels 2 and 3 can be performed asymmetrically.
  • the tubular blank is preferably first drawn at one end in a die and then, for the production of the large diameter, expanded asymmetrically to the longitudinal axis of the small diameter.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Katalysatorgehäuse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Katalysatorgehäuse, wie sie zu Anbindung eines Katalysators in Abgasanlagen von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, zum Einsatz kommen, gibt es in vielfältigen Ausführungsformen, wobei sich zwei Systeme im Markt durchgesetzt haben. Gemäß dem ersten System wird ein mit einem katalytisch wirksamen Material beschichteter Monolith (keramische oder metallische Bauform) mit einer Blähmatte umwickelt, die die Aufgabe hat, den Monolithen zu lagern. Auf diese Blähmatte wird wiederum ein Blechmantel gelegt, der mit einer festgelegten Kraft gewickelt wird und hierdurch den Monolithen in Position hält. Dieser gespannte Blechmantel wird an den Stirnseiten geheftet, wodurch ein fester Sitz des Monolithen gewährleistetet ist. Stirnseitig werden Ein- und Ausgangstrichter angebracht, die entsprechend den Anforderungen (Anbindung des Auspuffrohrs) ausgerichtet sind. Das Anbringen erfolgt mittels einer Schweißrundnaht an den gewickelten Konverter. Nach Verschließen des Blechmantels mittels einer Schweißnaht erhält man den fertigen Wickelkonverter. Trotz der hohen Funktions- und Prozeßsicherheit dieses Wickelkonverters wurden im Serieneinsatz Schwachstellen festgestellt. Als nachteilig stellt sich zum einen das hohe Gewicht heraus und zum anderen eine stromungstechnisch oftmals ungünstige Anbindung der Trichter an die Monolithenflächen.
  • Eine weitere, am Markt befindliche Ausführungsform eines Katalysatorgehäuses, der Schalenkonverter, umgeht diese Nachteile. Im Gegensatz zum Wickelkonverter besteht der Schalenkonverter aus dem Monolith, einer getränkten Blähmatte und zwei Halbschalen (einer Ober- und einer Unterschale). Der Schalenkonverter hat jedoch eine mangelnde Prozeßsicherheit und auch die durch die Schalenform festgelegte Geometrie bereitet Schwierigkeiten bei der Anpassung an den Unterboden von Kraftfahrzeugen. Bei variablen Unterböden von Kraftfahrzeugen ist zudem eine Differenz in der Anbindung Rohr-Konverter durch eine komplizierte und somit kostenintensive Rohranpassung zu kompensieren.
  • Bei der Montage des Schalenkonverters wird die Blähmatte in eine organische Flüssigkeit getaucht, um sie leichter montieren zu können. Diese organische Flüssigkeit verdampft anschließend, so daß die Blähmatte sehr porös wird. Zudem dehnen sich bei der thermischen Belastung des Konverters die Konverterschalen im Gegensatz zu dem Monolithen sehr unterschiedlich aus, so daß für eine sichere Funktion des Schalenkonverters eine Fertigung mit sehr engen Toleranzen notwendig ist. Bei einer Nichteinhaltung der Toleranzen bekommt der Monolith nach der Inbetriebnahme des Kraftfahrzeuges Bewegungsfreiräume, die zum Ausfall des Katalysators führen können. Solche Katalysatorgehäuse-Anordnungen sind beispielsweise bekannt aus DE 42 23 648 C , DE 38 21 397 C , DE 38 11 224 C und DE 37 29 994 A .
  • Eine weitere Schwierigkeit bei der Herstellung des Katalysatorgehäuses ist die Anbindung des Trichters an den Gehäusekörper. Der Trichter, der die Aufgabe hat, die Durchmesserdifferenzen zwischen den Ein- bzw. Ausgangsrohr und dem Katalysatorkörper auszugleichen, soll zum einen für einen kontrollierten Abgasstrom sorgen und zum anderen die Blähmatte vor dem Auswaschen durch den pulsierenden Abgasstrom schützen. Hierfür wird üblicherweise der Trichterbund in einem 90°-Winkel zur Trichterachse angestellt, wie es beispielsweise aus der DE 34 30 398 A , Figur 5 bekannt ist.
  • Solche Trichter werden gewöhnlich aus einer Blechplatine durch Tiefziehen hergestellt, wobei jedoch zwei Nachteile auftreten. Zum einen benötigt man Blechplatinen mit einer hohen Dicke, um nach dem Tiefziehen einen noch schweißbaren Kleindurchmesser für die Anbindung des Abgasrohres zu erhalten. Der zweite Nachteil besteht in der 90°-Trichteranstellung zum Trichterbund, der mit dem Katalysatorgehäuse verschweißt wird. Hierbei kann es vorkommen, daß je nach Lage des Monolithendurchmessers in seinem Toleranzfeld und eventueller dezentraler Befestigung des Trichterbundes an dem Katalysatorgehäuse eine wirksame Monolithenfläche von bis zu 15 % verdeckt wird. Eine Verbesserung zeigt hier die Trichteranbindung gemäß Figur 1 der DE 34 30 398 A , in der nur einer geringe Überdeckung der wirksamen Monolithenstirnfläche vorliegt. Diese Anbindung erfordert jedoch eine hohe Präzision bei der Fertigung der Gehäuseteile und des Trichters, da sonst kein passgenaues Einschieben des Trichters in das Gehäuse möglich ist.
  • Dies wird noch problematischer durch die in der Figur 1 vorliegende Verschweißung von drei Blechlagen am Eingangstrichter.
  • Eine weitere Trichteranbindung ist aus der DE 34 30 399 A bekannt, in der der Großdurchmesser des Trichters über das Katalysatorgehäuse gefaltet wird. Dies ist jedoch ein sehr aufwendiges Verfahren und beseitigt nicht den Nachteil einer eventuellen Überdeckung der wirksamen Katalysatorstirnfläche.
  • Aus dem Dokument US 5,118,476 ist ein Katalysatorgehäuse für Abgasanlagen von Verbrennungskraftmaschinen bekannt mit einem rohrartigen Mittelteil und zwei Trichtern zur Anbindung des Gehäuses. Die Trichter sind mit ihrem Großdurchmesser mit dem Mittelteil verbunden. Der Mittelteil nimmt einen Katalysatorkern auf. Der Kleindurchmesser der Trichter ist mit einem Fluid zu- oder abführenden Teil verbindbar. Ferner ist aus der US 5,118,476 ein zweiteiliges Katalysatorgehäuse mit integrierten Trichtern bekannt, bei dem der Katalysatorkem im Überlappungsbereich der beiden Teile fixiert ist. Ferner ist aus der US 4,087,039 ein katalytischer Konverter mit einem dreiteiligen Gehäuse und einem Einlass und einem Auslasskonus sowie einem mittleren Tubusring bekannt. Ein Gehäuse für einen katalytischen Konverter mit einer Tubushülle und trichterartigen Endkappen ist in der EP 263 893 beschrieben.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Katalysatorgehäuse zu schaffen, welches zum einen ein geringes Gewicht und zum anderen eine günstige Abgasströmung aufweist.
  • Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs.
  • Die Unteransprüche zeigen besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Erfindungsgemäß wird als Eingangs- und/oder Ausgangstrichter des Katalysatorgehäuses anstelle eines tiefgezogenen Trichters ein sogenannter Rohrtrichter verwendet. D. h., die Rohteilgeometrie des Trichters ist ein Rohr. Das Rohr wird in einem Folgewerkzeug auf den erforderlichen Großdurchmesser aufgeweitet und den erforderlichen Kleindurchmesser eingezogen. Vorzugsweise geschieht das Einziehen des Rohres durch Einpressen (Hineinziehen) des Rohrtrichters in eine Matrize.
  • Für ein einfaches Fertigungsverfahren wird der Rohrtrichter in zwei Stufen gefertigt, wobei das Aufweiten des einen Endes auf das Einziehen erfolgt oder umgekehrt. Durch dieses Verfahren ist es möglich, das Rohteil (Halbzeug) mit der gerade notwendigen Dicke zu versehen, die für das Aufweiten notwendig ist.
  • Erfindungsgemäß hat der Trichter an seinem Großdurchmesser eine Materialdicke, die höchstens 90 % der Materialdicke an seinem Kleindurchmesser beträgt. Insbesondere beträgt die Materialdicke am Großdurchmesser höchstens 80 %. Vorteilhaft ist die Materialdicke am Großdurchmesser jedoch mindestens 40 % und insbesondere mindestens 60 % der Materialdicke am Kleindurchmesser, da sonst zum einen der Trichter wieder zu schwer wird und zum anderen die Schweißbarkeit entweder am Großdurchmesser oder am Kleindurchmesser problematisch wird. Mit dieser Dickenverteilung am Trichter ist es möglich, ihn zum einen gewichtsoptimiert und zum anderen gut schweißbar an seinen beiden Enden auszugestalten, so daß zum einen der separate Katalysatormantel problemlos an dem Großdurchmesser des Trichters und das separate Abgasrohr problemlos an dem Kleindurchmesser des Trichters angeschweißt werden können.
  • Im Gegensatz hierzu haben die Trichter gemäß dem Stand der Technik eine umgekehrte Gewichtsverteilung, d. h. der Großdurchmesser hat eine dickere Wandstärke als der Kleindurchmesser, wodurch diese Trichter wesentlich schwerer sind.
  • Durch die kombinierte Fertigung des Rohrtrichters durch Aufweiten des Großdurchmessers und Einziehen des Kleindurchmessers wird erreicht, daß zum einen das Trichtermaterial an seinem Großdurchmesser nicht zu dünn wird und zum anderen der Kleindurchmesser des Trichters eine nicht übermäßig hohe Materialdicke erhält. Außerdem wird bei dieser Fertigungsmethode eine mögliche Materialüberdehnung am Großdurchmesser vermieden. Mit der Fertigungsmethode des Einziehens und Aufweitens wird eine besonders günstige Wandstärkenverteilung wie auch Masseverteilung an den beiden Durchmessern des Trichters erreicht.
  • Um auch die Nachteile der Tichteranbindung an dem separaten Mittelteil des Katalysatorgehäuses zu vermeiden, wird das weite Ende des Trichters mit seiner Stirnseite an einer Anbindungsschräge des Mittelteils angesetzt und dort insbesondere durch Löten oder Schweißen verbunden. Ebenso kann auch das Mittelteil mit einer seiner Stirnseiten an einer Anbindungsschräge des Großdurchmessers des Trichters verbunden sein, wobei jedoch die erste Ausführungsform bevorzugt ist. Die Anbindungsschräge ist aus fertigungstechnischen Gründen vorzugsweise nach innen gerichtet. Hergestellt wird die Anbindungsschräge vorteilhaft durch Rollen.
  • Die Länge der Anbindungsschräge wird vorteilhaft so kurz wie möglich gehalten, d.h. so, daß innerhalb der zulässigen Fertigungstoleranzen für das Mittelteil und den Trichter ein lückenloses Verbinden der beiden Teile möglich ist. Vorteilhaft steht die Anbindungsschräge in einem Winkel von 10° bis 70° und insbesondere von 20° bis 50° zur Längsachse, da unter dieser Geometrie größere Fertigungstoleranzen bei noch kurzen Anbindungsschrägen möglich sind.
  • Das die Anbindungsschräge übergreifende Teil kann ebenfalls mit einer Anbindungsschräge ausgebildet sein, wobei diese dann entgegengesetzt (nach außen) gerichtet ist. Diese Anbindungsschräge hat vorteilhaft einen Winkel zur Längsachse ≤ dem Winkel der nach innen gerichteten Anbindungsschräge.
  • Durch die Anbindungsschräge wird vorteilhaft nicht nur eine Durchmessertoleranz am Trichter oder dem Mittelteil ausgeglichen, sondern auch gleichzeitig nahezu keine wirksame Monolithenfläche überdeckt, wobei außerdem noch die Trichtergeometrie (vergl. DE 34 30 398 und 34 30 399 ) vereinfacht ist.
  • Als Katalysatorkem kommen erfindungsgemäß vorzugsweise keramische oder metallische Monolithen zum Einsatz, wobei ein oder mehrere Monolithen in dem Mittelteil des Katalysatorgehäuses untergebracht sein können.
  • Ganz besonders bevorzugt ist das rohrartige Mittelteil, in dem sich der Katalysatorkern befindet, gewickelt, d. h. wird - wie eingangs beschrieben - aus einem Blechstreifen hergestellt, der den Katalysatorkem (mit einer den Katalysatorkem gegen das Mittelteil abstützenden Zwischenschicht, insbesondere Matte) umwickelt.
  • Erfindungsgemäß wird der oben beschriebene Trichter vorzugsweise einlaß- und auslaßseitig des Mittelteils angeordnet.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und Zeichnungen näher beschrieben.
  • Es zeigen
    • Figur 1
    ein Katalysatorgehäuse gemäß dem Stand der Technik;
    Figur 2
    ein Katalysatorgehäuse mit Rohrtrichtern; und
    Figur 3
    einen Schnitt durch den Mittelteil des Katalysatorgehäuses.
  • In Figur 1 ist der heute übliche Wickelkonverter 20 im Schnitt dargestellt, der aufgebaut ist aus einem Mittelteil 21 sowie einem Eingangstrichter 22 und einem Ausgangstrichter 23. Der Blechmantel 21 umschließt einen katalytisch beschichteten Monolithen 24 unter Zwischenlage einer Blähmatte 25.
  • Bei der Herstellung des Wickelkonverters 20 wird der katalytisch beschichtete Monolith 24 mit der Blähmatte 25 umwickelt, die die Aufgabe hat, den Monolithen 24 zu lagern. Auf die Blähmatte 25 wird anschließend der Blechmantel 21 gelegt und mit einer festgelegten Kraft über die Blähmatte gewickelt (gezogen). Hierdurch wird die Einheit gespannt. Der gespannte Blechmantel 21 wird danach an seinen Stirnseiten geheftet, wodurch ein fester Sitz des Monolithen 24 gewährleistet ist. In Folgeschritten werden aus Blechplatinen tiefgezogene Trichter 22, 23 an die Stirnseiten des Blechmantels 21 angesetzt und verschweißt 26. Zum Ausgleich von Toleranzen haben die Trichter 22, 23 Trichterbunde 27, 28, die in einem Winkel von ca. 90° zur Längsachse aufgestellt sind. Die Trichterbunde ergeben sich beim Tiefziehen der Trichter 20 bis 23 aus den entsprechenden Blechplatinen durch Einspannen des Platinenrandes.
  • Der Trichterrand 27 bzw. 28 hat entsprechend die größte Materialdicke der Trichter 22 bzw. 23, da hier nahezu kein Ziehen des Materials erfolgt. Diese Dicke übertrifft die Dicke der Kleindurchmesser 29 bzw. 30, da die Ausgangsdicke der Blechplatine derart gewählt sein muß, daß die Kleindurchmesser nach dem Tiefziehen eine noch schweißbare Dicke für das Fügen und Verschweißen mit dem Ein- bzw. Ausgangsrohr (nicht dargestellt) haben. Von fertigungstechnischer Seite besteht also das Problem, daß beim Tiefziehen die Wandstärke am Großdurchmesser gleich der Rohteilwandstärke (der Blechplatine) ist. Am Kleindurchmesser 29 bzw. 30 hingegen ist die Wandstärke durch die Verformung weit unter der Rohteilwandstärke. Da man aber auch am keinen Durchmesser eine Schweißverbindung realisieren muß, ist hier eine minimale Wandstärke erforderlich. Diese bestimmte minimale Wandstärke kann nur durch Veränderungen des Rohteilabmasses beeinflußt werden, so daß die Rohteilwandstärke und somit das Teilegewicht für die Fertigung erhöht werden muß, obwohl es für die Anbindung am Mittelteil nicht erforderlich ist.
  • Ein weiterer Nachteil besteht in der Trichteranstellung 27 bzw. 28, durch die es je nach radialer Lage des Monolithen 24 in seinen Toleranzfeld eine Verdeckung 31 von bis zu 15 % der Querschnittsfläche F des Monolithen 24 kommen kann.
  • Diese Nachteile werden mit dem erfindungsgemäßen Katalysatorgehäuse 10 (Figur 2) vermieden. Für den Eingangstrichter 2 wie auch den Ausgangstrichter 3 kommen Rohrtrichter zum Einsatz, deren Rohteilgeometrie ein Rohr ist. Dieses Rohr wird in zwei Fertigungsoperationen aufgeweitet bzw. eingezogen, wodurch Großdurchmesser 7 bzw. 8 mit relativ niedrigen Wandstärken entstehen, die jedoch auch noch schweißbar sind. Da die niedrige Wandstärke am Großdurchmesser 7 bzw. 8 liegt, sind die Rohrtrichter 2 bzw. 3 wesentlich leichter als die Trichter 22 bzw. 23, bei denen die niedrige Wandstärke am Kleindurchmesser 29 bzw. 30 liegt.
  • Weiterhin vermeiden die Rohrtrichter 2 bzw. 3 die Anbindungsprobleme an den Blechmantel 1 durch eine neue Anbindungsgeometrie. Bei dieser Anbindung wird der Blechmantel 1 an seinen Enden 11 bzw. 12 unter einen Winkel von ca. 30° zur Horizontalen (Längsachse) geneigt, so daß Anbindungsschrägen entstehen. Auf diesen Anbindungsschrägen 11 bzw. 12 werden Durchmessertoleranzen des gewickelten Blechmantels 1 gegenüber den Großdurchmessem 7 bzw. 8 der Rohrtrichter 2 bzw. 3 kompensiert. Hierdurch können die Großdurchmesser 7 bzw. 8 achsparallel an die Anbindungsschrägen 11 bzw. 12 angeschweißt werden. Gleichzeitig verdecken die Anbindungsschrägen 11 bzw. 12 die Blähmatte 5, so daß diese durch den pulsierenden Abgasstrom nicht ausgewaschen werden kann. Andererseits erfolgt jedoch keine Überdeckung der Kanäle 13 des Katalysatorkernes 4, so daß dessen wirksamer Querschnitt vollständig genutzt werden kann.
  • In Figur 3 ist ersichtlich, daß bei den Ausführungsformen gemäß Figur 1 bzw. Figur 2 im Querschnitt kein Unterschied besteht. Beidemal liegt ein gewickelter Blechmantel 1 bzw. 21 vor, der bei 14 überlappend zu einem Rohrteil verschweißt ist. Innerhalb des Blechmantels 1/21 ist der Katalysatorkern (Monolith) 4/24 angeordnet, der über eine Matte 5/25 sich gegen den Blechmantel 1/21 abstützt. Für das gesamte Mittelteil besteht bevorzugt nur der Unterschied der Anbindungsschrägen 11 bzw. 12, wenn diese in den Blechmantel 1 eingeformt sind.
  • Ferner ist den Figuren zu entnehmen, daß erfindungsgemäß, ebenso wie beim Stand der Technik, die Trichter 2 bzw. 3 unsymmetrisch ausgeführt werden können. Hierzu wird das rohrförmige Rohteil vorzugsweise zuerst an einem Ende in einer Matrize eingezogen und dann, zur Herstellung des Großdurchmessers, unsymmetrisch zur Längsachse des Kleindurchmessers aufgeweitet.

Claims (13)

  1. Katalysatorgehäuse, insbesondere für Abgasanlagen von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, das aus metallischen Teilen zusammengesetzt oder zusammensetzbar ist, von denen zumindest ein Teil ein seperates rohrartiges Mittelteil (1) ist, welches einen Katalysatorkern (4) aufnimmt und zumindest ein Teil ein von Abgas durchströmbarer Trichter (2, 3) ist, der mit seinem Großdurchmesser (7, 8) mit dem Mittelteil (1) verbunden oder verbindbar ist und der mit seinem Kleindurchmesser (9, 9') mit einem ein Fluid zu- oder abführenden Teil, insbesondere einer Rohrleitung, verbindbar oder verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Großdurchmesser (7, 8) durch Dehnen und der Kleindurchmesser (9, 9') durch Einziehen des Trichtermaterials hergestellt ist und der Trichter (2, 3) an seinem Grossdurchmesser (7, 8) höchstens 90% der Materialdicke seines Kleindurchmessers (9, 9') aufweist.
  2. Katalysatorgehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Großdurchmessers (7; 8) mit seiner Stirnseite direkt auf einer Anbindungsschräge (11; 12) des Mittelteils (1) verbunden, insbesondere verlötet oder verschweißt ist und/oder das Mittelteil (1) mit einer seiner; Stirnseiten direkt auf einer Anbindungsschräge des Großdurchmessers (7; 8) verbunden, insbesondere verlötet oder verschweißt ist.
  3. Katalysatorgehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Großdurchmesser eine Materialdicke von höchstens 80 % der Materialdicke des Kleindurchmessers hat und/oder und mindestens 40 % der Materialdicke seines Kleindurchmessers (9, 9') aufweist.
  4. Katalysatorgehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Großdurchmesser durch Aufweiten hergestellt ist.
  5. Katalysatorgehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trichter aus einem Rohrstück hergestellt ist.
  6. Katalysatorgehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trichter (2, 3) aus einem Rohrstück durch Aufweiten des einen Endes und Einziehen des anderen Endes gebildet ist.
  7. Katalysatorgehäuse nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, dass das Einziehen in einer Matrize erfolgt ist.
  8. Katalysatorgehäuse nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Trichter (2, 3) in zwei nacheinander erfolgenden Fertigungsoperationen aufgeweitet bzw. eingezogen ist.
  9. Katalysatorgehäuse nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindungsschräge in einem Winkel zwischen 10° bis 70°, insbesondere 20° bis 50° zur Längsachse des Katalysatorkems steht und nach innen oder aussen gerichtet ist.
  10. Katalysatorgehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Mittelteil (1) ein oder mehrere keramische oder metallische Katalysatorkerne (4) (Monolithen) angeordnet sind.
  11. Katalysatorgehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelteil (1) gewickelt ist, insbesondere aus einem Blechstreifen.
  12. Katalysatorgehäuse nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelteil (1) um den oder die Katalysatorkerne (4) gewickelt ist.
  13. Katalysatorgehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Trichter (2, 3) beidenends des Mittelteils (1) angeordnet sind.
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