WO2009071316A1

WO2009071316A1 - Abgasbehandlungsvorrichtung

Info

Publication number: WO2009071316A1
Application number: PCT/EP2008/010346
Authority: WO
Inventors: Christoph Noller; Erich Forster; Manfred Stiglmair
Original assignee: Emcon Technologies Germany (Augsburg) Gmbh
Priority date: 2007-12-06
Filing date: 2008-12-05
Publication date: 2009-06-11
Also published as: US20100319314A1; CN102027213A; DE102007058791B4; DE102007058791A1; US9388724B2

Abstract

Eine Abgasbehandlungsvorrichtung hat ein Gehäuse (12) und einen im Gehäuse (12) aufgenommenen, abgasdurchströmten Hohlkörper (20), der wenigstens abschnittsweise aus einem gasdurchlässigen Substrat besteht. Der Hohlkörper (20) ist an wenigstens einem Ende (22, 28) mit einem im Gehäuse (12) angeordneten, in Axialrichtung (A) flexibel ausgebildeten Wandelement (34) verbunden.

Description

Abgasbehandlunqsvorrichtunq

Die Erfindung betrifft eine Abgasbehandlungsvorrichtung.

Zur Behandlung, insbesondere zur Reinigung, von Abgasen von Verbrennungsmaschinen, z.B. Dieselmotoren eines Personenkraftwagens, ist es be- kannt, in einer Abgasleitung poröse, gasdurchlässige Substrate in einem geschlossenen Gehäuse anzuordnen, so dass das Substrat vom Abgas durchströmt wird.

Hierzu ist es bekannt, das Substrat in die Form eines Hohlkörpers mit einer oder mehreren Wandungen zu bringen, wobei der Hohlkörper so im Gehäuse angeordnet ist, dass das Abgas auf jeden Fall mindestens eine Wand des Hohlkörpers durchströmen muss, um vom Eingang des Gehäuses zu dessen Ausgang zu gelangen.

Mögliche Geometrien für den Hohlkörper sind z.B. die Verwendung von zwei umgekehrt ineinandergesteckten Kegelstümpfen oder von zwei konzentrisch zu- einander angeordneten Zylindern.

Als Substrat für den Hohlkörper werden z.B. Platten aus einem Metallschaum, einem Metallschwamm oder auch einer metallischen Hohlkugelstruktur eingesetzt, die mit einem katalytisch wirkenden Material beschichtet sein können. Eine Abgasbehandlung kann z.B. durch chemische Umsetzung, durch mechanische Abscheidung von mit dem Abgas mitgeführten Partikeln, z.B. Rußpartikeln, in den Poren des Substrats, oder einer Kombination verschiedener Verfahren erfolgen.

Der Hohlkörper, insbesondere ein solcher aus Metallschaumplatten, und das meist aus Metallblech bestehende Gehäuse haben jedoch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten, die sich bei Abgastemperaturen, die mehrere hundert Grad Celsius betragen können, bemerkbar machen. Erschwerend kommt hinzu, dass das Substrat relativ spröde ist und daher durch unterschiedliche Längenausdehnungen von Hohlkörper und Gehäuse stark beansprucht wird. Aufgabe der Erfindung ist es nun, einen Weg vorzustellen, der den unterschiedlichen Dimensionen von Hohlkörper und Gehäuse auf einfachem Weg Rechnung trägt.

Dies wird erreicht durch eine Abgasbehandlungsvorrichtung mit einem Ge- häuse und mit wenigstens einem im Gehäuse aufgenommenen, abgasdurchströmten Hohlkörper, der wenigstens abschnittsweise aus einem gasdurchlässigen Substrat besteht, wobei der Hohlkörper an wenigstens einem Ende mit einem im Gehäuse angeordneten, in Axialrichtung flexibel ausgebildeten Wandelement verbunden ist. Die unterschiedlichen Dimensionen, die z.B. durch unter- schiedliche Längenausdehnungen von Hohlkörper und Gehäuse hervorgerufen werden, werden durch das Wandelement ausgeglichen, so dass eine übermäßige Belastung des Substrats des Hohlkörpers vermieden wird.

Das Wandelement ist vorzugsweise im Inneren des Gehäuses angeordnet, z.B. nach Art einer Trennwand. Es ist bevorzugt nicht Teil eines Außengehäuses der Abgasbehandlungsvorrichtung.

Das Wandelement kann beispielsweise in Form eines inneren ringförmigen Segments und eines äußeren ringförmigen Segments gestaltet sein, die über wenigstens zwei Stege miteinander verbunden sind. Die axiale Flexibilität wird dabei über die Stege erreicht, so dass sich das innere ringförmige Segment in Axialrichtung gegenüber dem äußeren ringförmigen Segment bewegen kann. Über Anzahl, Form, Abmessungen und Materialstärke der Stege kann sowohl die maximale Auslenkung des inneren ringförmigen Segments gegenüber dem äußeren als auch die zur Auslenkung benötigte Kraft einfach und in einem weiten Rahmen eingestellt werden. Um ihre Flexibilität zu erhöhen, können die Stege wenigstens einen in Radialrichtung aus der Ebene des Wandelements heraus gekrümmten Abschnitt aufweisen. In Radialrichtung betrachtet weist der Steg z.B. eine Wellenform mit einem oder mehreren Bergen und Tälern auf. Diese Formgebung erhöht die Flexibilität in Axialrichtung. Das innere ringförmige Segment kann zur Erhöhung seiner Eigensteifigkeit ein Versteifungsprofil, beispielsweise in Form einer umlaufenden Prägung, aufweisen. Zur Erhöhung der Eigensteifigkeit kann das innere ringförmige Segment auch einen umgebogenen Rand aufweisen.

Vorzugsweise ist der Hohlkörper am inneren ringförmigen Segment befestigt. Das äußere ringförmige Segment ist hingegen bevorzugt am Gehäuse befestigt. Auf diese Weise ist die axiale Beweglichkeit des Hohlkörpers gegenüber dem Gehäuse sichergestellt, während sowohl die Befestigung des Hohlkörpers am Wandelement als auch die des Wandelements am Gehäuse ohne jegliches Spiel erfolgt.

Um den Hohlkörper zu befestigen, ist am Wandelement z.B. ein axialer Fort- satz ausgebildet, an dem das Ende des Hohlkörpers fixiert ist. Diese Art der Befestigung bietet dem Substrat des Hohlkörpers eine große Auflagefläche und somit ist es möglich, eine Befestigung zu verwenden, die über den Umfang des Hohlkörpers gesehen einen gleichmäßigen Druck auf das Substrat ausübt. Der axiale Fortsatz ist vorzugsweise exakt an den Durchmesser des Endes des Hohl- körpers angepasst. Dies kann durch eine Kalibrierung des Hohlkörpers auf die Maße des Fortsatzes oder auch durch eine Kalibrierung der Maße des Fortsatzes auf die des Hohlkörpers erfolgen.

Auch ein Versteifungsprofil und/oder ein umgebogener Rand am inneren ringförmigen Segment kann zur Befestigung des Hohlkörpers mit eingesetzt werden, z.B. indem dort ein flexibles Befestigungsmittel aufgenommen ist.

Bevorzugt ist das Wandelement im Bereich eines Übergangs eines Einlassbereichs zu einem Durchströmbereich des Gehäuses oder im Bereich des Übergangs vom Durchströmbereich zu einem Auslassbereich des Gehäuses befestigt. Hierbei kann das Wandelement auch als innere Trennwand und zur Strömungs- lenkung dienen, wobei die Zwischenräume zwischen dem inneren und dem äußeren Ringsegment gezielt einen Einströmschlitz in den Hohlkörper bestimmen, durch den das Abgas in den Hohlkörper geleitet wird.

Es ist möglich, ein flexibles Wandelement nur an einem Ende des Hohlkörpers oder an beiden Enden des Hohlkörpers vorzusehen. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele, mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen: - Figur 1 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Abgasbehandlungsvorrichtung;

- Figuren 2, 3 und 4 schematische Ansichten einer erfindungsgemäßen Abgasbehandlungsvorrichtung in einer Variante; - Figur 5 eine schematische Schnittansicht eines Abschnitts einer erfindungsgemäßen Abgasbehandlungsvorrichtung mit einem flexiblen Wandelement;

- Figur 6 das flexible Wandelement in Figur 5 in einer perspektivischen Darstellung;

- Figuren 7 bis 9 verschiedene Ansichten eines flexiblen Wandelements ge- maß einer Variante;

- Figuren 10 bis 14 schematisch eine erste Variante der Befestigung eines Hohlkörpers einer erfindungsgemäßen Abgasbehandlungsvorrichtung in einem Gehäuse;

- Figuren 15 bis 20 schematisch eine zweite Variante der Befestigung eines Hohlkörpers einer erfindungsgemäßen Abgasbehandlungsvorrichtung in einem

Gehäuse;

- Figur 21 eine schematische Darstellung einer weiteren Variante einer Befestigung eines Hohlköpers im Gehäuse einer erfindungsgemäßen Abgasbehandlungsvorrichtung; - Figuren 22 bis 27 schematisch weitere Varianten zur Befestigung eines

Hohlkörpers einer erfindungsgemäßen Abgasbehandlungsvorrichtung in einem Gehäuse;

- Figuren 28 bis 30 verschiedene Möglichkeiten der Abdichtung der Ränder eines Hohlkörpers; - Figuren 31 und 32 jeweils einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Abgasbehandlungsvorrichtung mit einem Stützkörper;

- Figur 33 einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Abgasbehandlungsvorrichtung mit einem Strömungsleitelement; - Figur 34 ein Wandelement mit einem Strömungsleitelement wie in Figur 31 in einer schematischen perspektivischen Darstellung;

- Figur 35 eine schematische Schnittansicht eines Gehäuses einer erfindungsgemäßen Abgasbehandlungsvorrichtung; und - Figur 36 eine schematische Schnittansicht eines Abschnitts einer erfindungsgemäßen Abgasbehandlungsvorrichtung.

Figur 1 zeigt eine Abgasbehandlungsvorrichtung 10 für eine Verbrennungsmaschine. Die Abgasbehandlungsvorrichtung 10 ist in eine Abgasleitung eingesetzt, die hier nur schematisch an den beiden äußeren Enden der Abgasbehand- lungsvorrichtung 10 angedeutet ist, und liegt im Abgasstrom, der durch diese Abgasleitung fließt. Sie weist ein Gehäuse 12 auf, mit einem auf der in Figur 1 in der linken Seite gelegenen, trichterförmigen Einlassbereich 14, einem sich daran in Strömungsrichtung anschließenden Durchströmbereich 16 sowie einem sich in Strömungsrichtung an den Durchströmbereich 16 anschließenden, trichterförmi- gen Auslassbereich 18, der in Figur 1 auf der rechten Seite des Gehäuses 12 gelegen ist. Das Gehäuse 12 ist nach außen abgedichtet und auch gasdicht mit der Abgasleitung verbunden, so dass sämtliches Abgas durch das Gehäuse 12 strömen muss. Das Gehäuse 12 ist vorteilhaft aus einem temperatur- und formbeständigen Metallblech geformt. Im Gehäuse 12 ist ein Hohlkörper 20 aufgenommen, der im Strömungsweg des Abgases liegt, so dass das Abgas mindestens eine Wand des Hohlkörpers 20 durchströmen muss, um vom Einlassbereich 14 zum Auslassbereich 18 zu gelangen. Der Hohlkörper 20 besteht hier aus mehreren Lagen eines gasdurchlässigen Substrats, z.B. aus Metallschaum-, oder Metallschwammplatten oder Platten aus einer metallischen Hohlkugelstruktur bzw. einem beliebigen anderen geeigneten Substratmaterial. Die Abgasbehandlungsvorrichtung 10 kann z.B. ein Partikelfilter sein, in dem Rußpartikel aus dem Abgas ausgefiltert werden. Das Substrat des Hohlkörpers 20 ist in diesem Beispiel mit einem katalytisch wirkenden Material beschichtet, wie dies bei ähnlichen Vorrichtungen bekannt ist. Der Hohlkörper 20 ist in den vorliegend gezeigten Fällen aus zwei Elementen in Form zweier umgekehrt ineinander gesteckter Kegelstümpfe gebildet. An einem ersten Ende 22 (in Figur 1 links) weist der Hohlkörper 20 zwei konzentrisch ineinander liegende, ringförmige Stirnseiten 24, 26 auf. Auf der gegenüberliegenden Seite hat der Hohlkörper 20 an einem zweiten Ende 28 (in Figur 1 rechts) eine einzige, ringförmige Stirnseite 30, in der beide Elemente des Hohlkörpers aufeinanderliegen. Jedes der Elemente des Hohlkörpers 20 besteht beispielsweise aus drei Lagen von Substratplatten, die unterschiedliche Eigenschaften, z.B. eine unterschiedliche Porosität, aufweisen können.

In den Figuren 2 bis 4 ist eine Variante 10' der Abgasbehandlungsvorrichtung

10 der Figur 1 gezeigt. In diesem Fall ist der Hohlkörper 20' aus mehreren ein- zelnen, ebenen Substratplatten zusammengesetzt. Insgesamt hat der Hohlkörper

20' die Form von zwei gegenläufig ineinander gesetzten, jeweils sechsseitigen

Pyramidenstümpfen.

Der Hohlkörper 20 ist an beiden Enden 22, 28 jeweils an einem vollständig innerhalb des Gehäuses 12 liegenden Wandelement 32, 34 befestigt, wobei bei- de Wandelemente 32, 34 senkrecht zur Axialrichtung A ausgerichtet sind. Das erste Wandelement 32 befindet sich am Übergang vom Einlassbereich 14 zum Durchströmbereich 16, während sich das zweite Wandelement 34 am Übergang vom Durchströmbereich 16 zum Auslassbereich 18 befindet. Beide Wandelemente 32, 34 bestehen in diesem Beispiel aus einem temperaturbeständigen Metall- blech. Sie sind mit der Außenwand des Gehäuses 12 fest und ohne Spiel verbunden.

Die Wandelemente 32, 34 lassen jeweils Durchströmabschnitte 36 offen, die einlassseitig eine im wesentlichen ringförmige Einströmöffnung 37 bilden, durch die das einströmende Gas gezielt in den Zwischenraum zwischen den beiden Elementen des Hohlkörpers 20 eingeleitet wird, bzw. auslassseitig Ausströmöffnungen, durch die das Gas aus dem Inneren und der Umgebung des Hohlkörpers 20 wieder abgeleitet wird. Auf die Gestaltung der Wandelemente 32, 34 und die Befestigung des Hohlkörpers 20 an diesen wird im folgenden detaillierter eingegangen. Das Gehäuse 12 selbst kann durch seine Formgebung zur Optimierung der

Gasströmung durch die Abgasbehandlungsvorrichtung 10 beitragen. Auch dies wird im folgenden noch im Detail dargestellt. In einer Ausführungsform der Erfindung ist das zweite Wandelement 34 in Axialrichtung A flexibel ausgebildet. Ein derartiges Wandelement 34 ist z.B. in den Figuren 5 und 6 gezeigt. Zu diesem Zweck weist das Wandelement 34 ein inneres ringförmiges Segment 38 und ein äußeres ringförmiges Segment 40 auf, die durch mehrere Stege 42, in diesem Beispiel drei, die gleichmäßig über den Umfang des Wandelements 34 verteilt sind, miteinander verbunden sind. In jedem der Stege 42 sind hier in Radialrichtung r gesehen zwei direkt aneinander anschließende gekrümmte Abschnitte 44 in Form von einem Wellenberg und einem Wellental ausgebildet, die in Axialrichtung A bzw. in die dazu entgegenge- setzte Richtung gerichtet sind. Durch diese Geometrie wird eine Flexibilität des inneren ringförmigen Segments 38 gegenüber dem äußeren ringförmigen Segment 40 in Axialrichtung A erreicht, die sich darin äußert, dass sich das innere ringförmige Segment 38 gegenüber dem äußeren ringförmigen Segment 40 um einen vorbestimmten Weg in Axialrichtung A und in die dazu entgegengesetzte Richtung bewegen kann. Dieser axiale Ausgleichsweg beträgt vorzugsweise etwa 1 mm. Auf diese Weise lässt sich eine Kompensation der Längendifferenzen zwischen dem Gehäuse 12 und dem Hohlkörper 20 aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten von Gehäuse 12 und Hohlkörper 20 erreichen. Es ist auch möglich, herstellungsbedingte Toleranzen in den Abmessungen von Hohlkörper 20 und Gehäuse 12 auf diese Weise auszugleichen.

Die Stege 42 können auch eine andere, die gewünschte Flexibilität sicherstellende Form aufweisen.

Das innere und das äußere ringförmige Segment 38, 40 können in derselben Ebene oder in Axialrichtung A leicht gegeneinander versetzt angeordnet sein. Die Figuren 7 bis 9 zeigen eine Variante 34' des eben beschriebenen Wandelements 34. Hier sind insgesamt sechs schmale Stege 42 vorgesehen, die das innere ringförmige Segment 38' und das äußere ringförmige Segment 40' verbinden. Das innere ringförmige Segment 38' ist als steife Lagerplatte ausgebildet und verformt sich im laufenden Betrieb in sich im Wesentlichen nicht. Um die Steifigkeit zu erhöhen, ist ein Versteifungsprofil 39 auf der Fläche des ringförmigen Segments 38' ausgebildet (siehe Figur 9). Außerdem oder alternativ ist der radial äußere Rand 41 des ringförmigen Segments 38' umgebogen, eben- falls, um die Steifigkeit zu erhöhen. Die Außenkontur des inneren ringförmigem Segments 38' ist hier zur Anpassung an den Querschnitt des Endes 28 des Hohlkörpers 20' sechseckig gewählt.

Nachdem bei der Montage der Abgasbehandlungsvorrichtung 10 der Hohl- körper 20 am Wandelement 34 befestigt wurde, wird dieses an seine endgültige axiale Position gebracht (angedeutet in Figur 13) und mit der Gehäuseaußenwand fest verschweißt oder verlötet (angedeutet in Figur 14 durch die Schweißnaht 35).

Auch das erste Wandelement 32 könnte auf geeignete Weise flexibel gestal- tet sein.

Die Figuren 10 bis 27 zeigen verschiedene Varianten zur Befestigung des Hohlkörpers 20 am Gehäuse 12. Einige Beispiele zur Befestigung werden im nachfolgenden ausführlicher beschrieben. Selbstverständlich lassen sich die dargestellten Beispiele auch auf eine Befestigung eines Hohlkörpers 20', wie er in der Figur 2 gezeigt ist, übertragen. Alle anderen geeigneten Befestigungsverfahren sind aber ebenfalls anwendbar.

Die Figuren 10 bis 12 zeigen eine erste Variante.

In Figur 10 ist eine Befestigung des in Figur 1 rechten Endes 28 des Hohlkörpers 20 gezeigt. Die Begrenzung des inneren Freiraums 46 des Wandelements 34 ist als in Axialrichtung A vorstehender, umlaufend ausgebildeter Flansch 48 gestaltet. An diesem Flansch 48 ist das Ende 28 des Hohlkörpers 20 befestigt. Im gezeigten Fall liegt der Flansch 48 radial innerhalb des Hohlkörpers 20, so dass dieser entlang seines Umfangs überall auf dem Flansch 48 aufliegt.

Um das Ende 28 des Hohlkörpers 20 am Flansch 48 zu befestigen, ist radial außerhalb des Hohlkörpers 20 ein flexibles Befestigungsmittel 50 einer Befestigungsbaugruppe angeordnet. Das flexible Befestigungsmittel 50 ist vorzugsweise zumindest in radialer Richtung r, möglichst aber auch in axialer Richtung A in gewissem Maß flexibel, d.h. elastisch komprimierbar, ausgebildet. Das flexible Befestigungsmittel 50 kann z.B. ein Drahtgestrick sein (wie im vorliegenden Bei- spiel), aber auch eine Lagermatte, wie sie zum Befestigen von Einlegern in Gehäuse von Abgasbehandlungsvorrichtungen bekannt ist, oder eine Fasermatte. Der Sinn des flexiblen Befestigungsmittels 50 der Befestigungsbaugruppe liegt darin, die Anpresskräfte auf das spröde Substrat des Hohlkörpers 20 entlang dessen Umfang und über die Fläche der Befestigung möglichst gleichmäßig zu verteilen und so Beschädigungen des Hohlkörpers 20 zu verhindern. Außerdem kann es das Setzen des Materials des Hohlkörpers 20 während der Lebensdauer der Abgasbehandlungsvorrichtung 10 ausgleichen, so dass die Klemmkraft in etwa konstant bleibt. Das flexible Befestigungsmittel 50 kann auch die Funktion eines Toleranzausgleichs zwischen dem Hohlkörper 20 und dem Gehäuse 12 übernehmen. Radial außerhalb des flexiblen Befestigungsmittels 50 ist ein festes Befestigungsmittel 52 angeordnet, das ebenfalls Teil der Befestigungsbaugruppe ist und hier durch ein Metallband gebildet ist. Flexibles Befestigungsmittel 50 und festes Befestigungsmittel 52 sind hier zwei separate Bauteile, die erst beim Zusammenbau der Abgasbehandlungsvorrichtung 10 zusammengebracht werden. Zur Befestigung des Hohlkörpers 20 am Wandelement 34 wird das Ende 28 des Hohlkörpers 20 auf den Flansch 48 aufgesteckt, wobei eventuell eine Kalibrierung stattfindet, also die Abmessungen des Endes 28 an die des Flansches 48 angepasst werden (oder umgekehrt). Dann wird das flexible Befestigungsmittel 50 um das Ende 28 herumgelegt, so dass ein umfangsmäßig geschlossener Drahtgestrickring das Ende 28 umgibt. Schließlich wird das feste Befestigungsmittel 52 um diese Baugruppe herumgelegt und unter Spannung gebracht, wie dies herkömmlich bekannt ist. Die Enden des Metallbands des festen Befestigungsmittels 52 werden aneinander befestigt, z.B. durch Schweißen, so dass die Baugruppe durch die Klemmung am Flansch 48 gehalten ist. Alternativ oder zusätzlich kann auch auf der Innenseite, also zwischen dem

Flansch 48 und dem Ende 28 des Hohlkörpers 20, ein flexibles Befestigungsmittel 53 der Befestigungsbaugruppe angeordnet sein (siehe Figur 12).

Es wäre auch möglich, das Ende 28 des Hohlkörpers 20 radial innenliegend vom Flansch 48 anzuordnen und einen Spannring, ähnlich dem beschriebenen Metallband, als radial zuinnerst liegendes festes Befestigungsmittel vorzusehen, der die nötige Klemmkraft für den Zusammenhalt der Bauteile aufbringt. Das feste Befestigungsmittel 52 kann mit dem zweiten Wandelement 34 verschweißt oder verlötet sein.

Eine analoge Befestigung wie die über den Flansch 48 am zweiten Wandelement 34 ist natürlich auch für die Befestigung des ersten Endes 22 des Hohl- körpers 20 am ersten Wandelement 32 möglich. In den z.B. in den Figuren 1, 21, 31 , 32, 33 und 36 gezeigten Beispielen sind am Wandelement 32 zwei konzentrisch umeinander liegende Flansche 48a, 48b vorgesehen, die jeweils zur Befestigung eines der axialen Enden der beiden Elemente des Hohlkörpers 20 dienen. Jedes der Enden der Hohlkörperelemente ist jeweils über ein ringförmiges flexib- les Befestigungsmittel 50 und ein dieses umgreifendes ring- oder bandförmiges festes Befestigungsmittel 52 analog zur oben beschriebenen Vorgehensweise befestigt.

In Figur 21 ist eine Variante gezeigt, bei der das feste Befestigungsmittel 52 am Wandelement 32 angeschweißt ist. Bei der in den Figuren 13 und 14 gezeigten Variante liegt zwischen der Außenoberfläche des Endes 28 des Hohlkörpers 20 und der radial innenliegenden Fläche des flexiblen Befestigungsmittels 50 eine Gleitschicht 56, z.B. eine geeignete Beschichtung, eine geeignete glatte Folie oder ein glattes Drahtgestrick, die ein Verschieben des flexiblen Befestigungsmittels 50 entlang des Umfangs des rauhen Substrats des Hohlkörpers 20 erlaubt. Ein Ineinanderhaken eventueller rauher Oberflächen des Hohlkörpers 20 und des flexiblen Befestigungsmittels 50 wird so verhindert. Auf diese Weise kann sich das flexible Befestigungsmittel 50 bezüglich des Hohlkörpers 20 verschieben, und die Anzugskräfte beim Schließen des festen Befestigungsmittels 52 können besser verteilt werden. Die Gleitschicht 56 ist speziell an den Enden 22, 28 des Hohlkörpers 20 und nur in diesen Bereichen vorgesehen.

Am Ende 22, das dem Einlassende des Hohlkörpers 20 entspricht, bietet es sich gerade für die Befestigung des äußeren der beiden Hohlkörperelemente an, dass die Funktion des festen Befestigungsmittels 52 durch einen entsprechend geformten Abschnitt der Gehäuseaußenwand, z.B. der Wand des Durchströmbereichs 16 übernommen wird (siehe Figuren 35 und 36). In diesem Fall wird die Außenwand des Gehäuses 12 um das notwendige vorbestimmte Maß verformt, um eine sichere Befestigung des Hohlkörpers 20 und eine Klemmung des dazwischenliegenden flexiblen Befestigungsmittels 50 zu erzielen. In den Figuren 15 bis 20 ist eine weitere Variante gezeigt, um den Hohlkörper

20 im Gehäuse 12 zu befestigen.

Hierbei ist das flexible Befestigungsmittel 150 als ringförmiges Profil gebildet, das am Ende 22 des Hohlkörpers 20 das Ende des äußeren Hohlkörperelements umfasst Es liegt in Axialrichtung A zwischen der Stirnseite 24 des Endes und dem ersten Wandelement 32. Das flexible Befestigungsmittel 150 wird wiederum von einem festen Befestigungsmittel 152 umfasst, das als auf die Form des flexiblen Befestigungsmittels 150 abgestimmtes Profil ausgebildet ist. Das feste Befestigungsmittel 152 liegt zwischen dem flexiblen Befestigungsmittel 150 und dem ersten Wandelement 32 und ist fest am Wandelement 32 befestigt. Auch das Ende des inneren Hohlkörperelements kann entsprechend eingefasst und über ein festes Befestigungsmittel 152 am Wandelement 32 befestigt sein.

Das andere Ende 28 des Hohlkörpers 20 ist ebenfalls entsprechend eingefasst. Allerdings können dort für das flexible Befestigungsmittel 150 zwei Profile oder ein Profil in Form einer 3, mit zwei Ausnehmungen vorgesehen sein, so dass jedes Element des Hohlkörpers 20 separat gefasst ist (siehe z.B. Figur 16).

Das feste Befestigungsmittel 152 hingegen ist ein Profil mit nur einer Ausnehmung, so dass das Ende 28 des Hohlkörpers 20 komplett eingefasst ist. Hierbei liegt das flexible Befestigungsmittel 150 zwischen der Stirnseite 30 des Hohlkörpers 20 und der Stirnseite des festen Befestigungsmittels 152. Das flexible Befestigungsmittel 150 ist vorzugsweise nur durch Klemmung im festen Befestigungsmittel 152 gehalten. Das flexible Befestigungsmittel 150 kann aber auch mit dem Substratmaterial des Hohlkörpers 20 z.B. verschweißt, verlötet oder verklebt sein. Im gezeigten Beispiel sind sowohl flexibles Befestigungsmittel 150 als auch festes Befestigungsmittel 152 als umfangsmäßig geschlossen umlaufende, ringförmige Profile ausgebildet, so dass die Stirnseiten 24, 30 des Hohlkörpers 20, optional auch die Stirnseite 26 des inneren Hohlkörperelements, komplett geschützt sind. Das feste Befestigungsmittel 152 kann in radialer Richtung r durch Zusammenpressen auf die Abmessungen des Endes 22, 28 des Hohlkörpers 20 kalibriert werden.

Das feste Befestigungsmittel 152 ist jeweils am Wandelement 32, 34 befestigt (siehe etwa Fig. 16), z.B. durch eine Schweißnaht. Eine Befestigung auf andere Weise, z.B. durch Löten oder Kleben, ist auch möglich.

In Figur 18 ist eine Variante gezeigt, bei der ein Schenkel des Profils des festen Befestigungsmittels 152 über ein Trägerelement 60 befestigt ist.

Das Trägerelement 60 ist einerseits an einem Schenkel des durch das starre Profil gebildeten festen Befestigungsmittels 152 verschweißt und andererseits durch eine Schweißnaht mit dem zweiten Wandelement 34 fest verbunden. Das Trägerelement 60 kann ein an die Dimension des Endes 28 des Hohlkörpers 20 angepasster Blechring sein, es könnte sich aber auch um mehrere separate Trägerelemente 60 handeln, die über den Umfang des Endes 28 des Hohlkörpers verteilt sind. Anstatt einer Schweißverbindung kann hier auch eine Löt- oder Klebeverbindung eingesetzt werden.

Figur 22 zeigt eine weitere Variante zur Befestigung des Hohlkörpers 20 am Gehäuse. Hier ist das auslassseitige Ende 28 am Wandelement 234 fixiert. Die Art der Befestigung lässt sich aber problemlos auf die Befestigung des einlass- seitigen Endes 22 übertragen.

In dieser Variante ist das Wandelement 234 im Wesentlichen eben gestaltet (siehe z.B. Fig. 2). Ein erstes Winkelelement 248 ist z.B. durch Schweißen am Wandelement 34 befestigt, so dass einer der beiden Winkelabschnitte in Axialrichtung A vom Wandelement 234 absteht und eine radial innenliegende Auflage für den Hohlkörper 20 bildet. Ein zweites Winkelelement 249 ist in Radialrichtung r auf der anderen Seite des Hohlkörpers angeordnet und am Wandelement 234 fixiert, so dass das Ende des Hohlkörpers 20 fest zwischen den beiden Winkelelementen 248, 249 fixiert ist.

Um das Substrat des Hohlkörpers 20 zu schützen, sind flexible Befesti- gungsmittel 50, z.B. in Form von Drahtgestricklagen, zwischen den Wandungen des Hohlkörpers 20 und den Winkelelementen 248, 249 sowie zwischen nebeneinanderliegenden Wandungen des Hohlkörpers 20 selbst angeordnet. Das Winkelelement 248 kann als Ring oder als einfaches Winkelstück ausgebildet sein, wobei im letzteren Fall mehrere Winkelelemente 248 über den Umfang des Hohlkörperelements verteilt vorgesehen sind. Gleiches gilt für das Winkelelement 249. Figur 23 zeigt eine weitere Variante zur Befestigung des Hohlkörpers 20 am

Gehäuse. In diesem Fall ist eine Befestigung des einlassseitigen Endes 22 dargestellt, die Technik lässt sich aber natürlich auch auf die Befestigung des aus- lassseitigen Endes übertragen.

Das Wandelement 332 ist hier aus zwei Teilen zusammengesetzt, nämlich aus einem inneren Boden 332a und einem äußeren Ring 332b.

Auch hier sind flexible Befestigungsmittel 50, z.B. in Form von Drahtgestrickringen, um die Enden der Hohlkörpersegmente gelegt, so dass ein direkter Kontakt zwischen dem Substrat der Hohlkörpersegmente und dem Wandelement 332 vermieden ist. Der innere Boden 332a hat eine zentrale, stimseitig geschlossene Aufnahme für die Stirnseite 26 des inneren Hohlkörpersegments sowie Aufnahmeabschnitte für die Stirnseite 24 des äußeren Hohlkörpersegments und wird von der Einlassseite aus auf den Hohlkörper 20 aufgeschoben und festgedrückt. Der äußere Ring 332b wird von der entgegengesetzten Seite auf den Hohlkörper 20 aufge- schoben. Dabei kommt ein konisch zulaufender Umfangsabschnitt in Anlage an das flexible Befestigungsmittel 50, das die Wandung des äußeren Hohlkörpersegments umgibt, und presst dieses soweit zusammen, dass sich ein fester Kontakt ergibt.

Der äußere Ring 332b überlappt in einem ebenen Ringabschnitt mit einem ebenen Ringabschnitt des inneren Bodens 332a und wird mit diesem im Überlappungsbereich verschweißt, nachdem die Teile des Wandelements 332 in ihre endgültige Position gebracht wurden.

Diese Vorgehensweise führt dazu, dass am Gaseinlass das flexible Befestigungsmittel 50 in radialer Richtung verpresst wird. Figur 24 zeigt eine weitere Möglichkeit zur Befestigung eines Hohlkörpers, insbesondere in Pyramidenform, wie etwa dem Hohlkörper 20' mit sechsseitigen Hohlkörperelementen (siehe Fig. 4).

Hier ist eine Befestigung des gasauslassseitigen Endes 28 dargestellt. Die Stirnseiten des Hohlkörpers 20' sind von einem flexiblen Befestigungsmittels 150, etwa in der Form wie es in Figur 17 gezeigt ist, abgedeckt.

Als festes Befestigungsmittel 452a, 452b sind zwei Rohrstücke mit polygonalem, hier sechseckigen, Querschnitt, vorgesehen, von denen eines radial innerhalb und eines radial außerhalb des Hohlkörpers 20' im Bereich von dessen En- de 28 liegen. Beide Rohrstücke können bei der Montage kalibriert werden, also in ihrer Größe an die Abmessungen des Hohlkörpers 20' angepasst werden und hierzu sowohl im Durchmesser verringert als auch vergrößert werden.

Die Rohrstücke sind wiederum fest mit dem Wandelement 34 verbunden, beispielsweise durch Schweißnähte. Es ist auch möglich, das Wandelement zu- sammen mit den Rohrstücken als Ziehteil auszubilden.

Selbstverständlich ist diese Technik auch auf Hohlkörper mit anderen Geometrien übertragbar.

In den Figuren 25 und 26 ist eine Variante der gerade beschriebenen Technik dargestellt. In diesem Fall sind zur Befestigung eines pyramidenförmigen Hohl- körpers 20' als feste Befestigungsmittel 552a, 552b zwei Rohrstücke mit jeweils rundem Querschnitt radial innerhalb bzw. außerhalb des Hohlkörpers 20' vorgesehen. Zum Ausgleich der Abstände zu den Wandungen der Hohlkörpersegmente ist ein profiliertes flexibles Befestigungsmittel 550 vorgesehen, das hier aus Drahtgestrick gebildet ist. Das flexible Befestigungsmittel 550 ist so geformt, dass es die Abstandsdifferenzen zwischen den Ecken der Hohlkörpersegmente und der runden Innen- bzw. Außenseite der Rohrstücke ausgleicht. Ansonsten ist das flexible Befestigungsmittel 550 z.B. wie das Befestigungsmittel 150 ausgebildet.

Wie Figur 27 zeigt, kann eine radiale Verpressung an einem Ende des Hohlkörpers 20, wie sie etwa im Zusammenhang mit Figur 23 beschrieben wurde, mit einer axialen Verpressung des Hohlkörpers an dessen anderem Ende kombiniert werden.

Die Figuren 28 bis 30 illustrieren verschiedene Möglichkeiten, das Substrat der Hohlkörperelemente im Bereich der Enden 22, 28 des Hohlkörpers 20, 20' so abzudichten, dass es im Wesentlichen gasundurchlässig wird.

Die Abdichtung 660 liegt bevorzugt an den Stellen, an denen ein flexibles und/oder ein festes Befestigungsmittel angreifen, beispielsweise auf den an die Enden angrenzenden Oberflächen bzw. der Stirnseiten der Hohlkörperelemente.

Eine Option ist es, das Substrat in den Endbereichen oberflächlich zu ver- pressen und so in einer Oberflächenschicht die Poren zu verschließen. Das Ver- pressen kann in seitlichen und/oder frontalen Abschnitten, bezogen auf die Axialrichtung A, erfolgen.

Alternativ zum Verpressen kann das Substrat in den Endbereichen des Hohlkörpers beschichtet sein, z.B. indem es mit einer Dichtschlämme getränkt wird. In diesem Fall werden als flexible Befestigungsmittel vorzugsweise Fixierungen aus Vermiculit, Fasern oder Keramikbändern eingesetzt.

Insbesondere bei pyramidenförmigen Hohlkörpern ist es möglich, dünne Streifen 670 aus Papier oder Keramik zwischen die einzelnen Platten der Hohlkörpersegmente einzufügen und die Schnittkanten der Platten dort zu verpres- sen.Die Abdichtung 660 kann auch als Gleitschicht ausgebildet sein, analog zu der oben beschriebenen Gleitschicht 56.

Alle Wandelemente können flexibel ausgebildet sein, müssen dies aber nicht.

Alle gezeigten Varianten sind sowohl auf Hohlkörper mit runden als auch mit polygonalem Querschnitt und für die Verwendung am einlassseitigen oder aus- lassseitigen Ende anpassbar, auch wenn sie jeweils nur für einen Spezialfall beschrieben wurden.

Es ist möglich, wie in den Figuren 31 und 32 gezeigt, in den innersten Hohlraum 54 des Hohlkörpers 20 einen an diese Form angepassten Stützkörper 57 einzufügen. Der Stützkörper 57 besteht z.B. aus einem Lochblech oder einem anderen formstabilen und belastbaren, aber gasdurchlässigen Werkstoff. Beide axialen Enden des Stützkörpers 57 sind vorzugsweise offen. Die innerste Wandung des Hohlkörpers 20 stützt sich am Stützkörper 57 ab.

Zur Befestigung kann der Stützkörper 57, wie in Figur 17 gezeigt ist, über ein entsprechend vorgebogenes Ringelement 58 unter Vorspannung am zweiten Wandelement 34 anliegen, und das Ringelement 58 kann am Wandelement 34 z.B. angeschweißt sein.

Die Gasdurchlässigkeit kann z.B. entlang der Axialrichtung A variieren, wie dies in Figur 17 durch die Verteilung der Öffnungen angedeutet ist. Durch die unterschiedliche Perforation bzw. Porosität des Stützkörpers 57 lässt sich die Gasströmung und die Verteilung der Partikelablagerung beeinflussen.

Das erste Wandelement 32 beschränkt den Strömungsquerschnitt des Gehäuses 12 auf eine (nur durch in Radialrichtung r verlaufende Stege 42 unterbrochene) ringförmige Einströmöffnung 37, siehe z.B. Figur 1 , die im wesentlichen dem Ringspalt zwischen den Enden der Hohlkörperelemente entspricht. Durch die Einströmöffnung 37 gelangt im gezeigten Beispiel Abgas aus dem Einlassbereich 14 in den Durchströmbereich 16.

In den Figuren 18 bis 21 sind verschiedene Möglichkeiten gezeigt, die Strömung im Gehäuse 12 der Abgasbehandlungsvorrichtung 10 gezielt zu beeinflussen. In der in Figur 18 dargestellten Variante ist ein kegelförmiges Strömungsleitelement 70 im Einlassbereich 14 angeordnet, das den Abgasstrom zur ringförmigen Einströmöffnung 37 des ersten Wandelements 32 leitet. Damit gelangt das einströmende Abgas ohne Aufprall auf einer zur Strömungsrichtung senkrechten Wand direkt in den Ringspalt, der auf der Einströmseite von den beiden Elemen- ten des Hohlkörpers 20 gebildet ist.

Die Spitze des Kegels des Strömungsleitelements 70 ist abgerundet. Das kegelförmige Strömungsleitelement 70 ist am ersten Wandelement 32 befestigt. Es kann als separates Bauteil am Wandelement 32 angeordnet sein oder auch einen einstückigen Bestandteil des Wandelements 32 bilden. Das Strömungsleit- element 70 lässt sich einfach aus Blech durch Ziehen fertigen. Das Strömungsleitelement 70 verschließt sinnvollerweise die Öffnung 72 des Inneren des Flansches 48b, da an dieser Stelle ja kein Gas in den Durchströmbereich 16 gelangen soll.

Die Geometrie des ersten Wandelements 32 ist detaillierter in Figur 19 dar- gestellt. Wie beim oben beschriebenen zweiten Wandelement 34 sind ein inneres ringförmiges Segment 38 und ein äußeres ringförmiges Segment 40 vorgesehen, die über drei entlang des Umfangs verteilte Stege 42 miteinander verbunden sind. Die beiden sich auf der vom Strömungsleitelement 70 abgewandten Seite des Wandelements 32 erstreckenden Flansche 48a und 48b am inneren bzw. äußeren ringförmigen Segment 38, 40 sind in Figur 19 jeweils von den Elementen des Hohlkörpers 20 und den festen Befestigungsmitteln 52 überdeckt.

Zur Unterstützung der Lenkung der Strömung kann das Gehäuse 12 im Bereich des Einlassbereichs 14 stromlinienförmig gestaltet sein, wie dies in Figur 20 dargestellt ist. Figur 20 ist eine schematische Ansicht der Abgasbehandlungsvor- richtung 10, bei der die nicht dargestellten der oben geschilderten Elemente lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen wurden.

In diesem Fall ist vorzugsweise das erste Wandelement 32 entsprechend an die Dimensionen des Einlassbereichs 14 angepasst.

Die Außenwand des Einlassbereichs 14 läuft strömungsmäßig günstig ge- schwungen zum ersten Ende 22 des Hohlkörpers 20 und ist mit dem ersten Wandelement 32 verbunden. An das Ende des Einlassbereichs 14 schließt sich der Anfang des Durchströmbereichs 16 an, wobei auch die Wand des Durchströmbereichs 16 in unmittelbarer Nähe zum Ende 22 des Hohlkörpers 20 mit dem ersten Wandelement 32 verbunden ist. Ziel dieser Gestaltung ist es, einen Totraum in radialer Richtung r zwischen dem einströmseitigen Ende 22 des Hohlkörpers 20 und der Innenseite der Wandung des Durchströmbereichs 16 zu vermeiden.

In Axialrichtung A weitet sich das Gehäuse 12 im Durchströmbereich 16 trichterförmig auf. Dabei können die Wände eine lineare Steigung aufweisen, so dass sich der Durchströmbereich 16 konisch erweitert, oder auch eine geschwungene Form. Der Querschnitt des Durchströmbereichs 16 kann kreisrund, oval oder polygonförmig (vorzugsweise mit abgerundeten Ecken) sein oder eine beliebige freie Form aufweisen. Die Gestalt des Durchströmbereichs 16 kann der Fachmann nach strömungstechnischen Überlegungen dem jeweiligen Anwendungszweck angepasst ermitteln.

Der Bereich des Gehäuses 12 des Durchströmbereichs 16, der unmittelbar an das erste Wandelement 32 angrenzt, dient als festes Befestigungsmittel 152 zur Befestigung des äußeren der Hohlkörperelemente am Flansch 48a des Wandelements 32. Das Gehäuse 12 könnte auch nur im Bereich, der als festes Befestigungsmittel 152 dient, in seinem Durchmesser reduziert sein.

Es ist auch möglich, dass sich der Durchströmbereich 16 in axialer Richtung A nicht aufweitet, sondern verjüngt.

Am Übergang vom Durchströmbereich 16 zum Auslassbereich 18 laufen am zweiten Wandelement 34 das Ende der Wand des Durchströmbereichs 16 und der Anfang der Wand des Auslassbereichs 18 zusammen.

Das zweite Ende 28 des Hohlkörpers 20 ist, wie oben beschrieben, am Flansch 48 des zweiten Wandelements 34 befestigt.

Auch hier können eines oder beide der Wandelemente 32, 34 in axialer Richtung A flexibel gestaltet sein, z.B. in einer der oben beschriebenen Formen.

Alle Gehäuseteile, sowohl die des Einlassbereichs 14, die des Durchströmbereichs 16 und die des Auslassbereichs 18 können miteinander und/oder mit den Wandelementen 32, 34 verschweißt sein, wie dies für das Gehäuse des Durchströmbereichs 16 und das erste Wandelement 32 in Figur 21 gezeigt ist.

Alle beschriebenen und gezeigten Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen sind im Ermessen des Fachmanns frei miteinander kombinierbar oder gegeneinander austauschbar. Insbesondere sind die Verwendung eines flexiblen Wandelements, die Verwendung der beschriebenen Befestigungs- und Abdichtungsmethoden des Hohlkörpers sowie die beschriebenen Ausbildungen des Gehäuses zur Optimierung des Gasflusses unabhängig voneinander.

Anstatt wie hier beschrieben aus zwei ineinander geschachtelten Kegelstümpfen könnte der Hohlkörper 20 natürlich auch anders gestaltet sein, z.B. aus zwei ineinander gesteckten Zylindern, insbesondere Kreiszylindern oder aus geraden, ebenen Plattenabschnitten zusammengesetzten Zylindern, bestehen. Anstelle der kegel- bzw. kegelstumpfförmigen Elemente können auch pyramiden- bzw. pyramidenstumpfförmige Elemente mit beliebig vielen Seiten verwendet werden.

Insbesondere könnte auch nur das Äußere der beiden Elemente zylindrisch ausgebildet sein.

Claims

Patentansprüche

1. Abgasbehandlungsvorrichtung mit einem Gehäuse (12) und mit wenigstens einem im Gehäuse (12) aufgenommenen, abgasdurchströmten Hohlkörper (20), der wenigstens abschnittsweise aus einem gasdurchlässi- gen Substrat besteht, wobei der Hohlkörper (20) an wenigstens einem Ende (22, 28) mit einem im Gehäuse (12) angeordneten, in Axialrichtung (A) flexibel ausgebildeten Wandelement (34) verbunden ist.

2. Abgasbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeich- net, dass das Wandelement (34) ein inneres ringförmiges Segment (38) und ein äußeres ringförmiges Segment (40) aufweist, die über wenigstens zwei Stege (42) miteinander verbunden sind.

3. Abgasbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (42) wenigstens einen in Radialrichtung (r) aus der Axialebe- ne heraus gekrümmten Abschnitt (44) aufweisen.

4. Abgasbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (20) am inneren ringförmigen Segment (38) befestigt ist.

5. Abgasbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da- durch gekennzeichnet, dass das äußere ringförmige Segment (40) am Gehäuse

(12) befestigt ist.

6. Abgasbehandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Wandelement (32) ein Flansch (48) ausgebildet ist, an dem das Ende (28) des Hohlkörpers (20) befestigt ist.

7. Abgasbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (48) an den Durchmesser des Endes (28) des Hohlkörpers (20) angepasst ist.

8. Abgasbehandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) in Axialrichtung (A) hinter- einanderliegend einen Einlassbereich (14), einen Durchströmbereich (16) und einen Auslassbereich (18) aufweist und das Wandelement (32, 34) im Bereich des Übergangs vom Durchströmbereich (16) zum Auslassbereich (18) oder im Bereich des Übergangs vom Einlassbereich (14) zum Durchströmbereich (16) befestigt ist.

9. Abgasbehandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das innere ringförmige Segment (38 ) zur Versteifung ein Versteifungsprofil (39) aufweist.

10. Abgasbehandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass das innere ringförmige Segment (38') einen umgebogenen Rand (41) aufweist.

11. Abgasbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungsprofil (39) und/oder der umgebogenen Rand (41) ein flexibles Befestigungsmittel (50; 150) aufnimmt.