WO2009010229A1 - Abgasbehandlungsvorrichtung für eine abgasanlage und verfahren zur herstellung einer abgasbehandlungsvorrichtung - Google Patents

Abgasbehandlungsvorrichtung für eine abgasanlage und verfahren zur herstellung einer abgasbehandlungsvorrichtung Download PDF

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porous substrate
exhaust
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Stefan Hackenberg
Christoph Hossfeld
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Definitions

  • Exhaust gas treatment device for an exhaust gas system and method for producing an exhaust gas treatment device
  • the invention relates to an exhaust gas treatment device for an exhaust system, in particular for an internal combustion engine, e.g. of a vehicle.
  • an exhaust gas treatment device for an exhaust system in particular for an internal combustion engine, e.g. of a vehicle.
  • particulate filters for diesel exhaust in which the particulate
  • a preferred substrate for producing these hollow bodies are sheets of metal foam.
  • the object of the invention is to provide an exhaust gas treatment device in which gaps between the plate edges of a porous substrate can be avoided in a simple way.
  • an exhaust gas treatment device for an exhaust system which has a housing which has an inlet and an outlet, and at least one gas-permeable hollow body, which is arranged in the flow path from the entrance to the exit and in which the hollow body of at least one basic element of a porous Substrate is formed, wherein each base member has at least two connecting portions, provided that each overlap two connection areas of one or different basic elements in the region of a compound to form the hollow body.
  • the overlapping of the connecting regions of adjacent sections of the basic elements ensures that no leakage occurs, through which the exhaust gas can pass unfiltered through the hollow body. Since only the blank sizes of the individual basic elements must be chosen to be correspondingly large, this design ensures leak-free in a simple manner.
  • connecting regions of a single (bent) basic element as well as connecting regions of adjacent, separate basic elements can be connected.
  • a porous substrate for example, a metal foam, a metal sponge, a metallic hollow sphere structure or generally a porous metal may be used.
  • the metal forms a lattice or cell structure having a pore size of the micrometer range to a few millimeters, with typically 80% or more of the material being formed by voids.
  • Such metal foams for example, by foaming a molten metal, sintering of suitable metal powders or heating with suitable. Generated blowing agents provided metal powders.
  • Metal sponges can be produced, for example, on the basis of metal powders-treated precursor foams made of plastic in a sintering process.
  • nonwoven mats e.g. made of fibers of a ceramic material or silicon carbide, suitable as a porous substrate.
  • connection regions are preferably pressed together and through the connection regions
  • Intermeshing surface structures of the substrate e.g. the edges of open pores or loose fiber sections in the region of the surface, connected to each other.
  • the porous substrate in both connecting regions acts as a kind of hook-and-loop fastener when two connecting regions are placed flat on one another and pressed against one another.
  • the surface structures of one connection area penetrate into the surface of the other one
  • Connection area and the surface structures interlock with each other. In this way, a flat connection is formed along the entire overlap of the two connection areas, which ensures that there are no gaps through which exhaust gas can pass unfiltered through the connection.
  • connection areas exclusively through the
  • connection areas can also be fixed to one another by means of staples or stitching or another suitable fastening.
  • the leakage is still achieved by the overlapping and interlocking of the connection areas.
  • fixation of the connection areas to each other is supported by further measures, so that the connection areas can not be separated during operation.
  • the hollow body from a plurality of basic elements, which are connected to one another in adjacent connecting regions by compression.
  • the total length of the base elements is preferably selected to be longer than the circumference of the hollow body, and the base elements are helically rolled up, so that the hollow body has a multilayer wall.
  • the individual basic elements may have a different gas permeability, density and / or porosity. They also do not have to be the same length.
  • the connection areas can be at the edges of the or
  • Basic elements may be formed as well as on the surface of a base element.
  • the latter is advantageous if the hollow body has a spiral-like, multi-layered wall.
  • a connection area located at the edge is preferably pressed with a connection area lying on the surface for closing the hollow body.
  • the hollow body has a base element or a group of basic elements bent into a cone or a truncated cone.
  • a flat blank is rolled up into a cone or truncated cone.
  • Another way to close the hollow body is to connect a peripheral connection area with a connection area on the surface of the already formed hollow body.
  • the substrate plate can be wound well into a hollow body despite the brittleness of the material.
  • the hollow body can be at a in the
  • Housing arranged frame by an interaction of the structure of the metal foam and the surface of the frame.
  • the invention further relates to a method for producing an exhaust gas treatment device, in particular having the abovementioned features, comprising the following steps:
  • each primitive comprising at least two
  • connection areas to be joined together to form the hollow body are - Pressing the connection areas to be joined together to form the hollow body.
  • connection areas can interlock with each other.
  • the pressing takes place while the resulting hollow body is bent into its desired shape.
  • this procedure represents a quick, simple and inexpensive way of forming the hollow body of an exhaust gas purification device.
  • the basic element for the group of basic elements is in this case for example cut in the form of a rolled-off conical surface or truncated cone surface and the blank to a cone or Rolled up truncated cone, wherein the connecting portions of the blank overlap. These overlapping connection areas are pressed together.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of an inventive
  • FIG. 2 shows a blank form for a basic element of an exhaust gas treatment device according to the invention
  • FIG. 3 is a schematic sectional view through a hollow body of an exhaust gas treatment device according to the invention according to a first variant
  • FIG. 4 shows a schematic section through a hollow body of an exhaust gas treatment device according to the invention according to a second
  • FIG. 5 is a schematic plan view of a hollow body of an exhaust gas treatment device according to the invention.
  • FIG. 6 shows a schematic view of a basic element
  • FIG. 7 shows schematically a basic element with different variants of a
  • FIG. 8 is a schematic view of a multilayered wall section of FIG.
  • the housing 12 is formed by a rigid metal body.
  • the exhaust treatment device 10 is located in
  • Hollow body 18 are arranged in the flow path from the input 14 to the output 16, that the exhaust gas in any case at least one wall of the Hollow body 18 must flow to pass through the exhaust treatment device 10.
  • the exhaust treatment device 10 is e.g. a particulate filter in which soot particles are filtered out of the exhaust gas.
  • Each of the hollow bodies 18 is composed of one or more basic elements 20,
  • metal foam has become common in the general usage of the art for all types of porous metals, regardless of whether they physically physically true with foams a cellular structure with open or closed pores or whether the material is more likely to have a sponge structure with a grid of webs. Even structures of sintered microspheres are referred to in this sense as "metal foam.”
  • the metal foam sheets are plates of a metal sponge, but other types of “metal foams” could also be used.
  • the metal foam sheets have a thickness of 1 to 10 mm, and preferably from 1 to 3 mm.
  • the base member 20 has the form of a rolled-off truncated cone surface, which can be rolled up into a truncated cone.
  • the opening angle of the blank comprises, for example, 30-45 °.
  • the entire straight sides of the base element 20 each form a connection region 22, which extends over a few centimeters into the surface of the base element 20. In this state, the subdivision is of a purely conceptual nature, the substrate in the connection regions 22 does not differ in its composition from the rest of the substrate of the base element 20.
  • Figure 7 shows different variants for the formation of a lying at the edge of the primitive connection area, shown in different dashed lines.
  • the illustrated designed as a truncated cone base element 20 of the connecting portion 22, for example in the region of the longer base side (dashed) and the shorter Grund ⁇ eit ⁇ (dotted) extended or bulged in the middle of the straight side (with the two shown by dotted lines).
  • Each of these designs ensures that the connection line does not coincide with the bending line and causes in places a greater overlap with the respective edge region to be joined. This counteracts bulging of the hollow body 18 in the exhaust gas flow.
  • the substrate of the base member 20 is sectioned with a coating 23, e.g. as a so-called washcoat, provided with a catalyst material, is provided.
  • the coating 23 leaves free the edge regions of the base element 20, in particular the connecting regions 22 and the regions 29, which later serve at the ends 27 of the hollow body 18 for fastening in the housing 12. Especially the areas 29 play no role in the exhaust gas purification, so that can be dispensed with the application of catalyst material at these locations. It is also possible to coat only one, some or all of the connection regions 22.
  • the base member 20 is then rolled up into a truncated cone so that the connecting portions 22 overlap, as shown in FIG.
  • connection regions 22 are pressed together along their entire length and width, wherein the surface structures, in this case the webs at the pore edges of the connection regions 22, penetrate into the respective other connection region 22 and there in the manner of a hook and loop fastener with the surface structures of the other connecting portion 22 hooked.
  • This connection of the surface structures occurs over the entire area of the connecting regions 22, so that no openings or gaps remain, which would constitute a leak for a particle-laden exhaust gas stream.
  • two or more basic elements 20, 20 ', 20 may also be assembled to form a hollow body 18. These may be in the form of flat or slightly curved plates, for example To achieve the design according to the invention.
  • the basic elements 20, 20 ', 20 can have different porosities, so that the individual layers unfold different filtering action in the wall of the hollow body 18.
  • the porosity can also be chosen to be the same for all basic elements 20, 20', 20".
  • the individual base elements 20, 20 ', 20 may optionally be coated or uncoated, whereby a section-wise coating, as described above, is also possible.
  • the last connecting region 22 of the outermost base element 20 is pressed together with another connecting region 22 of the same or a following basic element, that the outer circumference of the hollow body 18 has no gap or step, and the inside of the hollow body 18 is also without gap or step (FIG. thus only with the natural roughness of the substrate).
  • connection regions 22 may be secured by a further attachment 26, e.g. may be formed by staples or seams.
  • a further attachment 26 e.g. may be formed by staples or seams.
  • a metal wire is preferably used. This is shown in FIGS. 4 and 5.
  • a second hollow body 18 is now produced.
  • a second basic element 20 or a second group of basic elements 20, 20 ', 20 “are cut, this time in the form of a rolled-up conical surface, which is rolled up into a cone, wherein in turn the connecting regions 22 are overlapped on the straight edges and pressed together Then, the cone is inserted into the truncated cone as shown in Figure 1, and the hollow bodies 18 are fixed in the housing 12.
  • the two ends 27 of the cone or of the truncated cone are fastened to a frame 24 arranged in the housing 12.
  • a frame 24 arranged in the housing 12.
  • the Frame 24 is preferably made of a sturdy sheet metal.
  • the attachment of the hollow body 18 on the frame 24 can be done in any suitable manner.
  • One possibility is to design the surface of the frame 24, for example, by providing a correspondingly rough surface, that the rough metal foam of the hollow body 18 can hook on it analogously to the connection of the connecting portions 22 of the base elements 20.
  • the hollow bodies 18 are calibrated to the exact dimensions of the attachment to the frame 24.
  • outer hollow body 18 in Figure 1 could be a cylinder.

Abstract

In einer Abgasbehandlungsvorrichtung für eine Abgasanlage, mit einem Gehäuse (12), das einen Eingang (14) und einen Ausgang (16) aufweist, ist wenigstens ein gasdurchlässig ausgebildeter Hohlkörper (18) im Strömungsweg vom Eingang (14) zum Ausgang (16) angeordnet. Der Hohlkörper (18) ist aus wenigstens einem Grundelement aus einem porösen Substrat gebildet, wobei jedes Grundelement wenigstens zwei Verbindungsbereiche aufweist und jeweils zwei Verbindungsbereiche eines oder verschiedener Grundelemente im Bereich einer Verbindung zur Bildung des Hohlkörpers (18) überlappen. Die zu verbindenden Verbindungsbereiche werden miteinander zur Bildung des Hohlkörpers (18) verpreßt.

Description

Abgasbehandlungsvorrichtung für eine Abqasanlage und Verfahren zur Herstellung einer Abgasbehandlungsvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Abgasbehandlungsvorrichtung für eine Abgasanlage, insbesondere für eine Brennkraftmaschine z.B. eines Fahrzeugs. Es sind Partikelfilter für Dieselabgase bekannt, bei denen die partikelhaltigen
Abgase einen Hohlkörper aus einem porösen Substrat durchströmen, dessen Porengröße so gewählt ist, daß die Rußpartikel am porösen Substrat abgeschieden werden. Ein bevorzugtes Substrat zur Herstellung dieser Hohlkörper sind Platten aus Metallschaum. Beim Zusammensetzen der Platten zum Hohlkörper ist es wichtig, daß zwischen den einzelnen Segmenten keine Gaslecks entstehen, durch die partikelbeladenes Abgas ungefiltert hindurchströmen kann, da dies dem Zweck des Filters zuwiderlaufen würde.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abgasbehandlungsvorrichtung zu schaffen, bei der Spalte zwischen den Plattenrändern eines porösen Substrats auf einfachem Weg vermieden werden können.
Hierzu ist bei einer Abgasbehandlungsvorrichtung für eine Abgasanlage, die ein Gehäuse, das einen Eingang und einen Ausgang hat, und wenigstens einen gasdurchlässig ausgebildeten Hohlkörper aufweist, der im Strömungsweg vom Eingang zum Ausgang angeordnet ist und bei der der Hohlkörper aus wenigstens einem Grundelement aus einem porösen Substrat gebildet ist, wobei jedes Grundelement wenigstens zwei Verbindungsbereiche aufweist, vorgesehen, daß jeweils zwei Verbindungsbereiche eines oder verschiedener Grundelemente im Bereich einer Verbindung zur Bildung des Hohlkörpers überlappen. Durch die Überlappung der Verbindungsbereiche benachbarter Abschnitte der Grundelemente ist sichergestellt, daß kein Leck entsteht, durch das Abgas ungefiltert den Hohlkörper passieren kann. Da nur die Zuschnittsgrößen der einzelnen Grundelemente entsprechend groß gewählt werden müssen, stellt diese Gestaltung die Leckfreiheit auf einfache Weise sicher. Hierbei können sowohl Verbindungsbereiche eines einzigen (gebogenen) Grundelements als auch Verbiπduπgsbereiche benachbarter, separater Grundelemente verbunden werden. AIs poröses Substrat kann z.B. ein Metallschaum, ein Metallschwamm, eine metallische Hohlkugelstruktur oder allgemein ein poröses Metall verwendet werden. Bei derartigen Werkstoffen bildet das Metall eine Gitter- oder eine Zellenstruktur mit einer Porengröße vom Mikrometerbereich bis zu einigen Millimetern, wobei typischerweise 80% oder mehr des Materials durch Hohlräume gebildet ist. Derartige Metallschäume werden beispielsweise durch Aufschäumen einer Metallschmelze, Sintern von geeigneten Metallpulvern oder Erhitzen von mit geeigneten . Treibmitteln versehenen Metallpulvern erzeugt. Metallschwämme lassen sich beispielsweise auf der Grundlage von mit Metallpulver behandelten Precursor-Schäumen aus Kunststoff in einem Sinterprozeß herstellen.
Alternativ sind auch Vliesmatten, z.B. aus Fasern aus einem Keramikmaterial oder Siliziumkarbid, als poröses Substrat geeignet.
Zur Erstellung der Verbindung zwischen den einzelnen Verbindungsbereichen sind vorzugsweise die Verbindungsbereiche verpreßt und durch das
Ineinandergreifen von Oberflächenstrukturen des Substrats, z.B. der Ränder von offenen Poren bzw. losen Faserabschnitten im Bereich der Oberfläche, miteinander verbunden. Das poröse Substrat in beiden Verbindungsbereichen wirkt wie eine Art Klettverschluß, wenn zwei Verbindungsbereiche plan aufeinandergelegt und aneinandergedrückt werden. Die Oberflächenstrukturen des einen Verbindungsbereichs dringen in die Oberfläche des jeweiligen anderen
Verbindungsbereichs ein und die Oberflächenstrukturen verhaken sich miteinander. Auf diese Weise entsteht eine flächige Verbindung entlang der gesamten Überlappung der beiden Verbindungsbereiche, die sicherstellt, daß keine Lücken verbleiben, durch die Abgas ungefiltert die_ Verbindung durchdringen kann.
Es ist möglich, die Verbindungsbereiche ausschließlich durch das
Ineinandergreifen der Oberflächenstrukturen des oder der Grundelemente aneinander zu fixieren, indem nur die Klettverschlußwirkung des Substrats ausgenutzt wird. Die Befestigungswirkung läßt sich vor allem über die Fläche des
Überlappungsbereichs festlegen.
Alternativ können die Verbindungsbereiche aber auch durch Klammern oder Nähen oder eine andere geeignete Befestigung aneinander fixiert werden. In diesem Fall wird die Leckfreiheit nach wie vor durch die Überlappung und Ineinandergreifen der Verbindungsbereiche erzielt. Die Fixierung der Verbindungsbereiche aneinander wird jedoch durch weitere Maßnahmen unterstützt, so daß sich die Verbindungsbereiche während des Betriebs nicht voneinander lösen können.
Es ist möglich, den Hohlkörper aus mehreren Grundelementen, die in benachbarten Verbindungsbereichen durch Verpressen miteinander verbunden sind, herzustellen.
Die Gesamtlänge der Grundelemente ist vorzugsweise länger gewählt als der Umfang des Hohlkörpers, und die Grundelemente sind schneckenartig zusammengerollt, so daß der Hohlkörper eine mehrlagige Wand aufweist.
Die einzelnen Grundelemente können eine unterschiedliche Gasdurchlässigkeit, Dichte und/oder Porosität aufweisen. Sie müssen auch nicht die gleiche Länge besitzen. Die Verbindungsbereiche können sowohl an den Rändern des oder der
Grundelemente als auch auf der Fläche eines Grundelements ausgebildet sein. Letzteres ist vorteilhaft, wenn der Hohlkörper eine schneckenartig gewickelte, mehrlagige Wand besitzt. In diesem Fall ist bevorzugt ein am Rand gelegener Verbindungsbereich mit einem auf der Fläche liegenden Verbindungsbereich zum Schließen des Hohlkörpers verpreßt.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Hohlkörper ein zu einem Kegel oder einem Kegelstumpf gebogenes Grundelement bzw. eine Gruppe von Grundelementen auf. In diesem Fall wird ein flacher Zuschnitt zu einem Kegel oder Kegelstumpf zusammengerollt. Zum Schließen werden beispielsweise die Verbindungsbereiche desselben Grundelements miteinander verbunden. Eine andere Möglichkeit, den Hohlkörper zu schließen, besteht darin, einen am Rand gelegenen Verbindungsbereich mit einem Verbindungsbereich auf der Fläche des bereits gebildeten Hohlkörpers zu verbinden.
Es ist möglich, z.B. zwei derartige Hohlkörper zu fertigen und die gebildeten Kegel bzw. die Kegelstümpfe umgekehrt ineinander zu stecken, um im Gehäuse eine möglichst große gasdurchströmte Fläche bereitzustellen. - A -
Wenn das Grundelement eine Dicke von ca. 1 bis 10 mm hat, und besonders bevorzugt von 1 bis 3 mm, läßt sich die Substratplatte trotz der Sprödigkeit des Materials gut zu einem Hohlkörper aufwickeln.
Bei einer solchen Dicke funktioniert auch das Verpressen zur Befestigung der Verbindungsbereiche aneinander sehr gut.
Die gleiche Technik, die zur Verbindung der Grundelemente untereinander angewandt wird, kann auch zur Befestigung des gesamten Hohlkörpers im
Gehäuse eingesetzt werden. Insbesondere läßt sich der Hohlkörper an einem im
Gehäuse angeordneten Rahmen durch eine Wechselwirkung der Struktur des Metallschaums und der Oberfläche des Rahmens fixieren.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Abgasbehandlungsvorrichtung insbesondere mit den oben genannten Merkmalen, mit den folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines Grundelements oder einer Gruppe von Grundelementen aus einem porösen Substrat, wobei jedes Grundelement wenigstens zwei
Verbindungsbereiche aufweist,
- Übereinanderlegen zweier zu verbindender Verbindungsbereiche eines oder mehrerer Grundelemente, und
- Verpressen der zu verbindenden Verbindungsbereiche miteinander zur Bildung des Hohlkörpers.
Beim Verpressen können sich die Ränder des Substrats jeweils zweier Verbindungsbereiche ineinander verhaken.
Vorzugsweise erfolgt das Verpressen, während der entstehende Hohlkörper in seine gewünschte Form gebogen wird. Wie oben bereits näher erläutert, stellt diese Vorgehensweise eine schnelle, einfache und kostengünstige Möglichkeit zur Bildung des Hohlkörpers einer Abgasreinigungsvorrichtung dar.
Das Grundelement für die Gruppe von Grundelementen wird hierbei beispielsweise in Form einer abgerollten Kegelmantelfläche oder Kegelstumpfmantelfläche zugeschnitten und der Zuschnitt zu einem Kegel bzw. Kegelstumpf aufgerollt, wobei sich die Verbindungsbereiche des Zuschnitts überlappen. Diese überlappenden Verbindungsbereiche werden miteinander verpreßt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
- Figur 1 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen
Abgasbehandlungsvorrichtung;
- Figur 2 eine Zuschnittsform für ein Grundelement einer erfindungsgemäßen Abgasbehandlungsvorrichtung;
- Figur 3 eine schematische Schnittansicht durch einen Hohlkörper einer erfindungsgemäßen Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß einer ersten Variante;
- Figur 4 einen schematischen Schnitt durch einen Hohlkörper einer erfindungsgemäßen Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß einer zweiten
Variante;
- Figur 5 eine schematische Draufsicht auf einen Hohlkörper einer erfindungsgemäßen Abgasbehandlungsvorrichtung;
- Figur 6 eine schematische Ansicht eines Grundelements; - Figur 7 schematisch ein Grundelement mit verschiedenen Varianten eines
Verbindungsbereichs; und
- Figur 8 eine schematische Ansicht eines mehrlagigen Wandabschnitts des
Hohlkörpers in Figur 3.
Die in Figur 1 gezeigte Abgasbehandlungsvorrichtung 10 für eine Abgasanlage, z.B. der einer Diesel-Brennkraftmaschine, hat ein Gehäuse 12 mit einem Eingang 14 und einem Ausgang 16. Das Gehäuse 12 ist durch einen starren Metallkörper gebildet. Die Abgasbehandlungsvorrichtung 10 liegt im
Abgasstrom, der durch die Pfeile in Figur 1 verdeutlicht ist. Zwei gasdurchlässige
Hohlkörper 18 sind so im Strömungsweg vom Eingang 14 zum Ausgang 16 angeordnet, daß das Abgas auf jeden Fall mindestens eine Wand eines der Hohlkörpers 18 durchströmen muß, um die Abgasbehandlungsvorrichtung 10 zu passieren.
Die Abgasbehandlungsvorrichtung 10 ist z.B. ein Partikelfilter, in dem Rußpartikel aus dem Abgas ausgefiltert werden. Jeder der Hohlkörper 18 ist aus einem oder mehreren Grundelementen 20,
20', 20" mit einem Zuschnitt aus einem porösen Substrat, hier aus einer Metallschaumplatte geformt. Der Begriff „Metallschaum" hat sich im allgemeinen Sprachgebrauch der Fachwelt für alle Arten poröser Metalle eingebürgert, unabhängig davon, ob es sich physikalisch korrekt tatsächlich um Schäume mit einer zellulären Struktur mit offenen oder geschlossenen Poren handelt oder ob das Material eher eine Schwammstruktur mit einem Gitternetz aus Stegen aufweist. Sogar Strukturen aus zusammengesinterten Mikrokugeln werden in diesem Sinn als „Metallschaum" bezeichnet. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich bei den Metallschaumplatten um Platten aus einem Metallschwamm. Andere Arten von „Metallschäumen" könnten aber ebenfalls eingesetzt werden.
Die Metallschaumplatten haben eine Dicke von 1 bis 10 mm und bevorzugt von 1 bis 3 mm.
In der in Figur 2 gezeigten Ausführung hat das Grundelement 20 die Form einer abgerollten Kegelstumpfmantelfläche, die sich zu einem Kegelstumpf aufrollen läßt. Der Öffnungswinkel des Zuschnitts umfaßt beispielsweise 30-45°. Die gesamten geraden Seiten des Grundelements 20 bilden jeweils einen Verbindungsbereich 22, der sich über einige Zentimeter in die Fläche des Grundelements 20 hineinerstreckt. In diesem Zustand ist die Unterteilung rein gedanklicher Natur, das Substrat in den Verbindungsbereichen 22 unterscheidet sich in seiner Zusammensetzung nicht vom Rest des Substrats des Grundelements 20.
Figur 7 zeigt verschiedene Varianten für die Ausbildung eines am Rand des Grundelements liegenden Verbindungsbereichs, dargestellt in unterschiedlich strichlierten Linien. Bei dem gezeigten, als Kegelstumpfabwicklung ausgebildeten Grundelement 20 ist der Verbindungsbereich 22 beispielsweise im Bereich der längeren Grundseite (gestrichelt) bzw. der kürzeren Grundεeitε (punktiert) verlängert oder in der Mitte der geraden Seite ausgebaucht (mit den beiden strichpunktierten Linien gezeigt). Jede dieser Gestaltungen sorgt dafür, daß die Verbindungslinie nicht mit der Biegelinie zusammenfällt und bewirkt stellenweise eine größere Überlappung mit dem jeweiligen zu verbindenden Randbereich. Hierdurch wird einem Ausbauchen des Hohlkörpers 18 im Abgasstrom entgegengewirkt.
Das Substrat des Grundelements 20 ist abschnittsweise mit einer Beschichtung 23, die z.B. als sogenannter Washcoat, versehen mit einem Katalysatormaterial, ausgebildet ist, versehen. Die Beschichtung 23 läßt die Randbereiche des Grundelements 20 frei, insbesondere die Verbindungsbereiche 22 und die Bereiche 29, die später an den Enden 27 des Hohlkörpers 18 zur Befestigung im Gehäuse 12 dienen. Gerade die Bereiche 29 spielen in der Abgasreinigung keine Rolle, so daß an diesen Stellen auf das Auftragen von Katalysatormaterial verzichtet werden kann. Es ist auch möglich, nur einen, einige oder alle der Verbindungsbereiche 22 zu beschichten. Das Grundelement 20 wird nun zu einem Kegelstumpf zusammengerollt, so daß die Verbindungsbereiche 22 überlappen, wie dies in Figur 3 dargestellt ist. Nach dem oder während des Übereinanderlegens werden die überlappenden Verbindungsbereiche 22 entlang ihrer gesamten Länge und Breite miteinander verpreßt, wobei die Oberflächenstrukturen, in diesem Fall die Stege an den Porenrändern der Verbindungsbereiche 22, in den jeweils anderen Verbindungsbereich 22 eindringen und sich dort nach Art eines Klettverschlusses mit den Oberflächenstrukturen des anderen Verbindungsbereichs 22 verhaken. Diese Verbindung der Oberflächenstrukturen geschieht über die gesamte Fläche der Verbindungsbereiche 22, so daß keine Öffnungen oder Spalte bestehen bleiben, die ein Leck für einen partikelbeladenen Abgasstrom darstellen würden.
Natürlich können auch zwei oder mehr Grundelemente 20, 20', 20" zu einem Hohlkörper 18 zusammengesetzt werden. Diese können beispielsweise in Form von flachen oder leicht gebogenen Platten vorliegen. Es müssen lediglich die Verbindungsbereiche 22 benachbarter Grundelemente überlappen und miteinander verpreßt werden, um die erfindungsgemäße Gestaltung zu erreichen.
Es ist möglich, mehrere Grundelemente 20, 20', 20" aneinanderzureihen, so daß eine Gruppe von Grundelementen entsteht. Der Hohlkörper 18 wird so gewickelt, daß er eine schneckenartig gewickelte, mehrlagige Wand erhält, in der mehrere Substratlagen aufeinander liegen (Figuren 3 und 8). Die einzelnen Verbindungsbereiche 22 liegen dabei vorzugsweise an einer Stelle übereinander, könnten aber auch entlang des Umfangs des Hohlkörpers 18 zueinander versetzt angeordnet sein (siehe Figur 8).
Die Grundelemente 20, 20', 20" können unterschiedliche Porositäten aufweisen, so daß die einzelnen Lagen in der Wand des Hohlkörpers 18 unterschiedliche Filterwirkung entfalten. Die Porosität kann aber auch für alle Grundelemente 20, 20', 20" gleich gewählt werden. Die einzelnen Grundelement 20, 20', 20" können wahlweise beschichtet oder unbeschichtet sein, wobei auch eine abschnittsweise Beschichtung, wie sie oben beschrieben ist, möglich ist.
Der letzte Verbindungsbereich 22 des äußersten Grundelements 20" ist so mit einem anderen Verbindungsbereich 22 derselben oder eines anschließenden Grundelements verpreßt, daß der Außenumfang des Hohlkörpers 18 keine Lücke oder Stufe aufweist. Auch die Innenseite des Hohlkörpers 18 ist ohne Lücke oder Stufe als glatte Fläche (also nur mit der natürlichen Rauhigkeit des Substrats) geformt.
Es ist möglich, die verbundenen Verbindungsbereiche 22 zusätzlich noch durch eine weitere Befestigung 26 zu sichern, die z.B. durch Klammern oder Nähte gebildet sein kann. Für die Naht wird vorzugsweise ein Metalldraht verwendet. Dies ist in den Figuren 4 und 5 dargestellt.
Für die Abgasbehandlungsvorrichtung 10 in Figur 1 wird nun ein zweiter Hohlkörper 18 hergestellt. Hierzu werden ein zweites Grundelement 20 oder eine zweite Gruppe von Grundelementen 20, 20', 20" zugeschnitten, diesmal in Form einer abgerollten Kegelmantelfläche, welches zu einem Kegel zusammengerollt wird, wobei wiederum die Verbindungsbereiche 22 an den geraden Kanten überlappend übereinandergelegt und miteinander verpreßt werden. Dann wird der Kegel entsprechend der Darstellung in Figur 1 in den Kegelstumpf eingesetzt, und die Hohlkörper 18 werden im Gehäuse 12 befestigt.
Zur Befestigung werden die beiden Enden 27 des Kegels bzw. des Kegelstumpfs an einem im Gehäuse 12 angeordneten Rahmen 24 befestigt. Der Rahmen 24 besteht vorzugsweise aus einem stabilen Metallblech. Die Befestigung des Hohlkörpers 18 am Rahmen 24 kann auf jede geeignete Weise geschehen. Eine Möglichkeit ist es, die Oberfläche des Rahmens 24 so zu gestalten, z.B. durch Vorsehen einer entsprechend rauhen Oberfläche, daß der rauhe Metallschaum des Hohlkörpers 18 sich analog zur Verbindung der Verbindungsbereiche 22 der Grundelemente 20 daran verhaken kann.
Vor oder während dem Befestigen am Gehäuse 12 werden die Hohlkörper 18 auf die exakten Abmessungen der Befestigung am Rahmen 24 kalibriert.
Statt einem Kegelstumpf können selbstverständlich auch andere geeignete Formen, z.B. ein Zylinder, mit der erfindungsgemäßen Technik gefertigt werden. Insbesondere könnte der äußere Hohlkörper 18 in Figur 1 ein Zylinder sein.

Claims

Patentansprüche
1. Abgasbehandlungsvorrichtung für eine Abgasanlage, mit einem Gehäuse (12), das einen Eingang (14) und einen Ausgang (16) aufweist, und wenigstens einem gasdurchlässig ausgebildeten Hohlkörper (18), der im
Strömungsweg vom Eingang (14) zum Ausgang (16) angeordnet ist und der aus wenigstens einem Grundelement (20, 20', 20") aus einem porösen Substrat gebildet ist, wobei jedes Grundelement (20, 20', 20") wenigstens zwei Verbindungsbereiche (22) aufweist und jeweils zwei Verbindungsbereiche (22) eines oder verschiedener
Grundelemente (20, 20', 20") im Bereich einer Verbindung zur Bildung des Hohlkörpers (18) überlappen.
2. Abgasbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsbereiche (22) verpreßt sind und durch das Ineinandergreifen von Oberflächenstrukturen des porösen Substrats der jeweiligen Verbindungsbereiche (22) miteinander verbunden sind.
3. Abgasbehandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Substrat ein Metallschaum, ein Metallschwamm, eine Hohlkugelstruktur oder eine Fasermatte ist.
4. Abgasbehandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper eine schneckenartig gewickelte, mehrlagige Wand aufweist.
5. Abgasbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsbereiche (22) ausschließlich durch das Ineinandergreifen der Oberflächenstrukturen des porösen Substrats des/der Grundelement(e) (20, 20', 20") aneinander fixiert sind.
6. Abgasbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsbereiche (22) durch Klammern oder Nähen aneinander fixiert sind.
7. Abgasbehandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (18) ein zu einem Zylinder, Kegel oder Kegelstumpf gebogenes Grundelement (20) oder Gruppe von Grundelementen (20, 20', 20") aufweist.
8. Abgasbehandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundelement (20, 20', 20") eine Dicke von ca. 1-10 mm hat.
9. Abgasbehandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (18) an einem im Gehäuse (12) angeordneten Rahmen (24) durch eine Wechselwirkung der Struktur des porösen Substrats und der Oberfläche des Rahmens (24) fixiert ist.
10. Verfahren zur Herstellung einer Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den folgenden Schritten:
- Bereitstellen wenigstens eines Grundelements (20, 20', 20") aus einem porösen Substrat, wobei jedes Grundelement (20, 20', 20") wenigstens zwei
Verbindungsbereiche (22) aufweist,
- Übereinanderlegen zweier zu verbindender Verbindungsbereiche (22) eines oder mehrerer Grundelemente (20, 20', 20"), und
- Verpressen der zu verbindenden Verbindungsbereiche (22) miteinander zur Bildung des Hohlkörpers (18).
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich beim Verpressen Oberflächenstrukturen des porösen Substrats jeweils zweier Verbindungsbereiche (22) ineinander verhaken.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 und 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsbereiche (22) durch Klammern oder Nähen aneinander fixiert werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Grundelement (20, 20', 20") oder eine Gruppe von Grundelementen (20) in Form einer abgerollten Kegelmantelfläche oder Kegelstumpfmantelfläche zugeschnitten wird, der Zuschnitt zu einem Kegel oder Kegelstumpf aufgerollt wird, so daß Verbindungsbereiche (22) des Zuschnitts überlappen und die überlappenden Verbindungsbereiche (22) verpreßt werden.
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