WO2007036286A1 - Gehäuse für ein bauteil einer abgasanlage sowie verfahren zur herstellung eines solchen gehäuses - Google Patents

Gehäuse für ein bauteil einer abgasanlage sowie verfahren zur herstellung eines solchen gehäuses Download PDF

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Stefan Keller
Erich Forster
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    • Y10T29/49345—Catalytic device making

Definitions

  • the invention relates to a housing for a component of an exhaust system, in particular for an exhaust gas purification device.
  • the invention also relates to a method for producing a housing for a component of an exhaust system.
  • the component may in particular be a diesel particulate filter or a catalyst. These are mounted together with a bearing mat inside the housing.
  • a manufacturing process which is commonly referred to as “calibration,” is frequently used, providing the housing with a circumferentially closed shell, then inserting the component with the bearing mat into the shell, and then the shell in the radial direction until the component with the bearing mat is held at the desired pressure inside the housing, this process is also known as “shrinking.”
  • shrink method while the jacket is individually geshrinkt each, so taking into account the individual dimensions of the component and the bearing mat. This causes the diameter of the geshrinkten housing varies within certain limits.
  • an inlet cone and an outlet cone is attached. Since these are always provided with the same diameter, it is provided in modern shrink method to calibrate the axial ends of the housing for the component after shrinking, so that the housing always has the same diameter at least at its axial ends, regardless of individual Shrink. This process is very complicated on the whole.
  • the object of the invention is to provide a housing for a component of an exhaust system, which makes it possible with less effort
  • the object of the invention It is also to provide a method for facilitating the manufacture of such a housing.
  • a housing for a component of an exhaust system is provided according to the invention, in particular for an exhaust gas purification device, with a jacket having a geshrinkten clamping portion for the component and a transition portion which connects in the axial direction of the clamping portion, and a connecting portion, the adjoins the transition section in the axial direction and has a larger diameter than the clamping section.
  • the following steps are provided: First, a tubular jacket is provided. Then the component is introduced into the jacket together with the bearing mat. Subsequently, the jacket is shrunk in a clamping portion which, viewed in the axial direction, terminates at a distance from the ends of the jacket, while the axial ends of the jacket are not acted upon.
  • the invention is based on the surprising finding that when the shell is only shrunk in a central region and a short section remains unprocessed at the axial ends of the shell, the diameter and also the angle of these unprocessed sections to only a very small extent from the diameter of the depends on the central area.
  • the diameter to which the central region is shrunk always results in an approximately frusto-conical connecting portion at the axial ends of the shell whose diameter and angular orientation varies only to such a small extent that it without further processing steps for connecting the inlet cone or the outlet cone is suitable.
  • the jacket when the component is accommodated in the interior of the housing, the jacket ends approximately flush with the component in the axial direction.
  • the invention takes into account the recognition that the diameter of the shell at the axial ends, when the clamping portion is shrunk, increases, so that there is sufficient space for receiving the input cone or the output cone available. This is insofar Surprisingly, when the diameter at the axial end of the shell changes in exactly the opposite direction as the diameter of the clamping portion.
  • FIG. 1 a schematic section through a housing according to the invention
  • FIG. 3 shows schematically the shape of the shell before and after shrinking.
  • a housing 10 can be seen, which consists of a jacket 12 and two connecting parts 14, of which only one is shown here.
  • the connecting parts are an inlet cone or an outlet cone, with which the housing can be connected to an exhaust system of an internal combustion engine.
  • a component 16 of the exhaust system is arranged, in particular a diesel particulate filter or a catalyst.
  • the component 16 is surrounded by a bearing mat 18.
  • the shell 12 has a diameter DA (see Figure 3), wherein the jacket does not necessarily have to have a circular cross-section, but also may have an oval, triovalen or other cross-section.
  • DA diameter
  • a cross-sectionally curved transition portion 24 in which the diameter of the shell widens outwardly, and the transition portion 24 is followed by a connecting portion 26 which is approximately frusto-conical and its maximum diameter at axial end of the shell 12 has.
  • the connecting portion 26 has an inclination angle of ⁇ , and the diameter of the shell at the outer end of the connecting portion 26th is larger than the output diameter DA.
  • the total length of the jacket increases when shrinking, since the reduction in diameter of the shell precipitates about half in a larger wall thickness and the other half in a greater length. In modern shrink method, the final diameter DE is at the respective
  • Diameter of the component 16 tuned. It is noteworthy, however, that changes in the final diameter DE lead only to a negligible extent to changes in the diameter of the connecting portion 26 and the angle ⁇ . In experiments it has been found that in shrinking, for example, from a starting diameter of 158.4 mm to a nominal diameter of 152.8 mm and an individual adjustment of the final diameter DE by + 1 mm from the nominal diameter, a negligible change in the diameter of the connecting portion in the range of ⁇ 0 , 1 mm could be observed. The length L, with which the jacket protrudes beyond the shrinking tool 22 in the initial state, was varied between 15 and 24 mm.
  • a standard connection part 14 can be attached to each individually jacketed jacket 12. This can, for example, as can be seen in Figures 1 and 2, have a tapered connecting portion 15 which is inserted into the connecting portion 26. Subsequently, the jacket 12 and the connector 14 can be connected together, e.g. welded or soldered.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse (10) für ein Bauteil (16) einer Abgasanlage, insbesondere für eine Abgasreinigungsvorrichtung, mit einem Mantel (12), der einen geshrinkten Klemmabschnitt (20) für das Bauteil (16) aufweist sowie einen Übergangsabschnitt (24), der sich in axialer Richtung an den Klemmabschnitt (20) anschließt, und einen Verbindungsabschnitt (26), der sich in axialer Richtung an den Übergangsabschnitt (24) anschließt und einen größeren Durchmesser hat als der Klemmabschnitt (20). Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses (10) für ein Bauteil (16) einer Abgasanlage mittels der folgenden Schritte: Es wird ein rohrförmiger Mantel (12) bereitgestellt. Dann wird das Bauteil (16) in den Mantel (12) eingebracht. Anschließend wird in einem Klemmabschnitt (20) geshrinkt, der in axialer Richtung betrachtet im Abstand von den Enden des Mantels (12) endet, während auf die axialen Enden des Mantels (12) nicht eingewirkt wird.

Description

Gehäuse für ein Bauteil einer Abgasanlage sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Gehäuses
Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für ein Bauteil einer Abgasanlage, insbesondere für eine Abgasreinigungsvorrichtung. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses für ein Bauteil einer Abgasanlage.
Bei dem Bauteil kann es sich insbesondere um einen Dieselpartikelfilter oder um einen Katalysator handeln. Diese werden zusammen mit einer Lagermatte im Inneren des Gehäuses angebracht. In jüngster Zeit wird dabei häufig ein Herstellungsverfahren verwendet, welches allgemein als „Kalibrieren" bezeichnet wird. Bei diesem Verfahren wird das Gehäuse mit einem in Umfangsrichtung geschlossenen Mantel bereitgestellt, dann das Bauteil mit der Lagermatte in den Mantel eingeschoben und anschließend der Mantel in radialer Richtung gestaucht, bis das Bauteil mit der Lagermatte mit dem gewünschten Druck im Inneren des Gehäuses gehalten ist. Dieses Verfahren ist auch als „Shrinken" bekannt. Bei modernen Shrink- Verfahren wird dabei der Mantel jeweils individuell geshrinkt, also unter Berücksichtigung der individuellen Abmessungen des Bauteils und der Lagermatte. Dies führt dazu, daß der Durchmesser der geshrinkten Gehäuse innerhalb bestimmter Grenzen variiert.
Um das Gehäuse mit dem darin eingebrachten Bauteil an eine Abgasanlage anschließen zu können, wird stromaufwärts und stromabwärts des Gehäuses üblicherweise ein Einlaßkonus und ein Auslaßkonus angebracht. Da diese immer mit demselben Durchmesser bereitgestellt werden, ist bei modernen Shrink-Verfahren vorgesehen, die axialen Enden des Gehäuses für das Bauteil nach dem Shrinken zu kalibrieren, damit das Gehäuse wenigstens an seinen axialen Enden, unabhängig vom individuellen Shrinken, immer denselben Durchmesser hat. Dieses Verfahren ist insgesamt sehr aufwendig.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Gehäuse für ein Bauteil einer Abgasanlage zu schaffen, das es ermöglicht, mit geringerem Aufwand einen
Einlaßkonus bzw. einen Auslaßkonus anzuschließen. Die Aufgabe der Erfindung besteht auch darin, ein Verfahren zur vereinfachten Herstellung eines solchen Gehäuses zu schaffen.
Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß ein Gehäuse für ein Bauteil einer Abgasanlage vorgesehen, insbesondere für eine Abgasreinigungsvorrichtung, mit einem Mantel, der einen geshrinkten Klemmabschnitt für das Bauteil aufweist sowie einen Übergangsabschnitt, der sich in axialer Richtung an den Klemmabschnitt anschließt, und einen Verbindungsabschnitt, der sich in axialer Richtung an den Übergangsabschnitt anschließt und einen größeren Durchmesser hat als der Klemmabschnitt. Beim erfindungsgemäßen Verfahren sind die folgenden Schritte vorgesehen: Zunächst wird ein rohrförmiger Mantel bereitgestellt. Dann wird das Bauteil zusammen mit der Lagermatte in den Mantel eingebracht. Anschließend wird der Mantel in einem Klemmabschnitt geshrinkt, der in axialer Richtung betrachtet im Abstand von den Enden des Mantels endet, während auf die axialen Enden des Mantels nicht eingewirkt wird. Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, daß dann, wenn der Mantel nur in einem Mittelbereich geshrinkt wird und ein kurzer Abschnitt an den axialen Enden des Mantels unbearbeitet bleibt, der Durchmesser und auch der Winkel dieser unbearbeiteten Abschnitte in nur sehr geringem Maße vom Durchmesser des geshrinkten Mittelbereichs abhängt. Anders ausgedrückt: Unabhängig von dem Durchmesser, auf den der Mittelbereich geshrinkt wird, ergibt sich immer ein etwa kegelstumpfförmiger Verbindungsabschnitt an den axialen Enden des Mantels, dessen Durchmesser und Winkelausrichtung nur in einem so geringen Maße schwankt, daß er ohne weitere Bearbeitungsschritte zum Anschließen des Einlaßkonus oder des Auslaßkonus geeignet ist.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung endet der Mantel, wenn im Inneren des Gehäuses das Bauteil aufgenommen ist, in axialer Richtung etwa bündig mit dem Bauteil. Dies stellt einen besonderen Vorteil des erfindungsgemäßen
Verfahrens und des erfindungsgemäßen Gehäuses dar, da der Mantel kürzer ausgeführt werden kann als im Stand der Technik. Im Stand der Technik muß der
Mantel in axialer Richtung über das Bauteil hinausstehen, da andernfalls die axialen Enden des Mantels nicht kalibriert werden können. Die Erfindung berücksichtigt jedoch die Erkenntnis, daß sich der Durchmesser des Mantels an den axialen Enden, wenn der Klemmabschnitt geshrinkt wird, erhöht, so daß genügend Raum für die Aufnahme des Eingangskonus oder des Ausgangskonus zur Verfügung steht. Dies ist insofern überraschend, als sich der Durchmesser am axialen Ende des Mantels in exakt der entgegengesetzten Richtung ändert wie der Durchmesser des Klemmabschnittes.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, das in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen: - Figur 1 einen schematischen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Gehäuse;
- Figur 2 in vergrößertem Maßstab den Ausschnitt Il von Figur 1; und
- Figur 3 schematisch die Gestalt des Mantels vor und nach dem Shrinken.
In Figur 1 ist ein Gehäuse 10 zu sehen, welches aus einem Mantel 12 und zwei Anschlußteilen 14 besteht, von denen hier nur eines gezeigt ist. Bei den Anschlußteilen handelt es sich um einen Einlaßkonus oder einen Auslaßkonus, mit dem das Gehäuse an eine Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine angeschlossen werden kann. Im Inneren des Mantels 12 ist ein Bauteil 16 der Abgasanlage angeordnet, insbesondere ein Dieselpartikelfilter oder ein Katalysator. Das Bauteil 16 ist von einer Lagermatte 18 umgeben. Im Ausgangszustand, also vor der Anbringung des Bauteils 16, hat der Mantel 12 einen Durchmesser DA (siehe Figur 3), wobei der Mantel nicht notwendigerweise einen kreisförmigen Querschnitt haben muß, sondern auch einen ovalen, triovalen oder sonstigen Querschnitt haben kann. Wie ebenfalls in Figur 3 zu sehen ist, steht der Mantel 12 im Ausgangszustand mit einer Länge L über einen Klemmabschnitt 20 hinaus, in welchem ein Shrinkwerkzeug 22 am Mantel angreift und diesen in radialer Richtung staucht. Durch das Stauchen des Mantels im Bereich des Klemmabschnittes wird dort der Durchmesser auf den Enddurchmesser DE (siehe wieder Figur 3) verringert, so daß das Bauteil 16 zusammen mit der Lagermatte 18 fest im Inneren des Mantels gehalten ist. Beim Stauchen oder Shrinken verformt sich der Bereich des Mantels, der in axialer Richtung über das Shrinkwerkzeug 22 hinaussteht, in der in Figur 3 ersichtlichen Weise. An den radial einwärts gestauchten Klemmabschnitt 20 schließt sich ein im Querschnitt gekrümmter Übergangsabschnitt 24 an, in welchem sich der Durchmesser des Mantels nach außen hin erweitert, und an den Übergangsabschnitt 24 schließt sich ein Verbindungsabschnitt 26 an, der etwa kegelstumpfförmig ist und seinen maximalen Durchmesser am axialen Ende des Mantels 12 hat. Der Verbindungsabschnitt 26 weist einen Neigungswinkel von α auf, und der Durchmesser des Mantels am äußeren Ende des Verbindungsabschnitts 26 ist größer als der Ausgangsdurchmesser DA. Angemerkt sei noch, daß die Gesamtlänge des Mantels beim Shrinken zunimmt, da sich die Durchmesserverringerung des Mantels etwa zur Hälfte in einer größeren Wandstärke und zur anderen Hälfte in einer größeren Länge niederschlägt. Bei modernen Shrink-Verfahren ist der Enddurchmesser DE an den jeweiligen
Durchmesser des Bauteils 16 abgestimmt. Bemerkenswert ist jedoch, daß Änderungen des Enddurchmessers DE nur in vernachlässigbarem Maße zu Änderungen des Durchmessers des Verbindungsabschnittes 26 und des Winkels α führen. Bei Versuchen wurde herausgefunden, daß beim Shrinken beispielsweise von einem Ausgangsdurchmesser von 158,4 mm auf einen Solldurchmesser von 152,8 mm und einer individuellen Anpassung des Enddurchmessers DE um + 1 mm vom Solldurchmesser eine vernachlässigbare Änderung des Durchmessers des Verbindungsabschnittes im Bereich von ± 0,1 mm beobachtet werden konnte. Die Länge L, mit der der Mantel über das Shrinkwerkzeug 22 im Ausgangszustand hinaussteht, wurde dabei zwischen 15 und 24 mm variiert.
Da der Durchmesser und der Winkel des Verbindungsabschnittes 26 trotz Änderungen beim Enddurchmesser DE immer nahezu konstant bleibt, kann an jeden individuell geshrinkten Mantel 12 ein Standard-Anschlußteil 14 angesetzt werden. Dieses kann beispielsweise, wie in den Figuren 1 und 2 zu sehen ist, einen kegelig verlaufenden Anschlußabschnitt 15 aufweisen, der in den Verbindungsabschnitt 26 eingesetzt ist. Anschließend können der Mantel 12 und das Anschlußteil 14 miteinander verbunden werden, z.B. verschweißt oder verlötet.
Ein weiterer Vorteil, der sich ergibt, wenn der Mantel 12 nur auf einem Teil seiner Länge geshrinkt wird, besteht darin, daß sich der Verbindungsabschnitt 26 gegenüber dem Ausgangsdurchmesser aufweitet, so daß das Anschlußteil 14 in den Zwischenraum zwischen Bauteil 16 und Mantel 12 eingesteckt werden kann. Wie deutlich in den Figuren 1 und 2 zu sehen ist, überlappt das Anschlußteil 14 mit dem Bauteil 16. Dadurch ergibt sich ein in axialer Richtung besonders kompaktes Gehäuse. Die Klemmung zwischen dem Mantel 12 und dem Bauteil 16 wird nicht dadurch beeinträchtigt, daß das Bauteil 16 nicht auf seiner gesamten Länge geklemmt wird, sondern an seinen axialen Enden frei im Inneren des Gehäuses aufgenommen ist. Bezuqszeichenliste:
10: Gehäuse 12: Mantel 14: Anschlußteil 15: Anschlußabschnitt
16: Bauteil 18: Lagermatte 20: Klemmabschnitt 22: Shrinkwerkzeug 24: Übergangsabschnitt
26: Verbindungsabschnitt DA: Ausgangsdurchmesser DE: Enddurchmesser α: Neigungswinkel L: Überstand

Claims

Patentansprüche
1. Gehäuse (10) für ein Bauteil (16) einer Abgasanlage, insbesondere für eine Abgasreinigungsvorrichtung, mit einem Mantel (12), der einen geshrinkten Klemmabschnitt (20) für das Bauteil (16) aufweist sowie einen Übergangsabschnitt (24), der sich in axialer Richtung an den Klemmabschnitt (20) anschließt, und einen Verbindungsabschnitt (26), der sich in axialer Richtung an den Übergangsabschnitt (24) anschließt und einen größeren Durchmesser hat als der Klemmabschnitt (20).
2. Gehäuse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsabschnitt (26) kegelabschnittsförmig ist.
3. Gehäuse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der
Verbindungsabschnitt (26) Teil eines Hyperboloids ist.
4. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Gehäuses (10) das Bauteil (16) aufgenommen ist und daß der Mantel (12) in axialer Richtung etwa bündig mit dem Bauteil (16) endet.
5. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Anschlußteil (14) aufweist, das mit dem Mantel (12) verbunden ist und einen abgeschrägt verlaufenden Anschlußabschnitt (15) aufweist, der in den Verbindungsabschnitt (26) eingesteckt bzw. auf diesen aufgesteckt und mit dem Mantel (12) fest verbunden ist.
6. Gehäuse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußteil
(14) mit dem Gehäuse (10) verschweißt, verlötet oder verklebt ist.
7. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (16) ein keramisches Substrat ist, das von einer Lagermatte (18) umgeben ist.
8. Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses (10) für ein Bauteil (16) einer
Abgasanlage mittels der folgenden Schritte:
- es wird ein rohrförmiger Mantel (12) bereitgestellt;
- es wird das Bauteil (16) in den Mantel (12) eingebracht;
- der Mantel (12) wird in einem Klemmabschnitt (20) geshrinkt, der in axialer Richtung betrachtet im Abstand von den Enden des Mantels (12) endet, während auf die axialen Enden des Mantels (12) nicht eingewirkt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf das axiale Ende des Mantels (12) ein Anschlußteil (14) aufgesteckt bzw. in dieses eingesteckt wird, ohne daß weitere Bearbeitungsschritte zur Beeinflussung des Durchmessers der axialen Enden ausgeführt werden.
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