WO2010108200A1 - Betriebsmitteleinheit mit einem temperaturempfindlichen fahrzeugbetriebsmittel - Google Patents

Betriebsmitteleinheit mit einem temperaturempfindlichen fahrzeugbetriebsmittel Download PDF

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Christoph Lind
Robert Gratz
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a Radiostenein- unit, comprising a container with a temperature-sensitive vehicle operating means contained therein, in particular for exhaust gas treatment, with a at least one side open container shell, in which the vehicle operating means is introduced and whose opening is closed by means of a container lid.
  • the invention further relates to a method for producing such a container.
  • Modern vehicles increasingly require containers with temperature-sensitive operating means, such as catalyst or exhaust gas treatment substances on metal hydride or Ammoniakba- sis, which are usually present in granular form or powder form.
  • temperature-sensitive operating means such as catalyst or exhaust gas treatment substances on metal hydride or Ammoniakba- sis, which are usually present in granular form or powder form.
  • tight joints are required, which are produced by the prior art by fusion welding or gluing.
  • fusion welding has the disadvantage of high heat input, which can damage the temperature-sensitive equipment. Bonding, on the other hand, is a very time-consuming process that does not permit a rapid production cycle.
  • the invention has for its object to provide a resource unit of the type mentioned, which can be produced in a manner which is fast and gentle to the equipment contained therein.
  • Friction stir welding causes much less heat generation than conventional fusion welding.
  • Magnetic pulse welding (MPW) and magnetic pulse crimping (MPC) are processes with particularly low heat generation and are therefore particularly gentle on vehicle equipment.
  • a particularly preferred embodiment of the invention for the same reason is characterized in that the container lid is connected to the container casing by means of magnetic pulse crimping with the interposition of a sealing ring in a groove of the container casing and / or cover.
  • the connecting seam is preferably located at a distance from the container interior in an edge of the container lid facing away from the container opening at a distance. As a result, a good thermal spacing between the connection seam and the container interior can be achieved.
  • the edge is profiled on the outer peripheral side, preferably tapered so as to form a positive locking when crimping the container shell.
  • the container lid is made of sheet metal and the edge by forming or flanging;
  • the container lid is preferably made of plastic or metal casting and the edge made by casting. Both variants result in a cost-effective production.
  • the invention achieves its objects with a method for manufacturing a container containing a temperature-sensitive vehicle resource, in particular for exhaust gas treatment, comprising the steps of providing a container jacket which is open at least on one side, introducing the vehicle operating medium into the container jacket, and closing the container jacket opening by means of a container lid, characterized in that the container lid is connected to the container shell by friction stir welding, magnetic pulse welding or Magnetimpulskrimpen.
  • FIGS. 3a and 3b show a third embodiment of the operating means unit of the invention during two successive production steps by means of magnetic pulse crimping, likewise in half section.
  • Fig. 1 shows an operating unit 1 of a container 2 with a temperature-sensitive driving material operating means 3, e.g. granular ammonium salt.
  • the vehicle operating means 3 can also occupy only a part of the container 2; but preferably it is firmly pressed into these.
  • the container 2 is composed of an approximately cylindrical container casing 4 and a container lid 5, which sealingly seals in an end opening 6 of the container casing 4 is used.
  • the container shell 4 may have any cross section and also have more than one container opening 6, each with a container lid 5. Usual connections of the container 2 are not shown for simplicity.
  • the container lid 5 has a bent edge 7 pointing away from the container opening 6 to the outside, with which it bears tightly against the inner circumference of the mouth region of the container jacket 4. In this area, a connecting seam 8 between the container casing 4 and container lid 5 is produced, by friction stir welding by means of a friction stir welding tool 9 while holding with a contact block 10.
  • the seam 8 preferably keeps a distance A to the container interior and thus to the vehicle operating means contained therein 3.
  • the distance A is preferably in the range of 1 to 50 mm, more preferably 3 to 20 mm.
  • the container lid 5 is here a plastic or metal casting with an integrally formed or formed by milling, outer peripheral side slightly conically tapered edge 7.
  • a magnetic pulse welding process magnetic pulse welding, MPW
  • MPW magnetic pulse welding
  • 3a and 3b show a further embodiment in which the outer side of the edge 7 profiled in the direction of the container opening 6 pioneering, in particular is tapered and the connecting seam 8 by form-fitting forming the mouth region of the container shell 4 on the profiled edge 7 by means of a Magnetimpulskrimp Kunststoffmp Kunststoffmp Kunststoffmp Kunststoffmp Kunststoffmp Kunststoffmp Kunststoffmp Kunststoffmping, MPC) is formed. Due to the crimping of the coin Dungsrands the container shell 4 results here also a small distance A to the vehicle operating 3.
  • MPC magnetic pulse crimping
  • an O-sealing ring can be interposed between the container casing 4 and the container lid 5, into a groove 12 of the container casing 4 and / or the rim 7.
  • Container lid 5 eg be provided with a molded sealing lip.

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Abstract

Betriebsmitteleinheit (1), umfassend einen Behälter (2) mit einem darin enthaltenen temperaturempfindlichen Fahrzeugbetriebsmittel (3), insbesondere zur Abgasbehandlung, mit einem zumindest einseitig offenen Behältermantel (4), in den das Fahrzeugbetriebsmittel (3) eingebracht und dessen Öffnung (6) mittels eines Behälterdeckels (5) verschlossen ist, wobei der Behälterdeckel (5) mit dem Behältermantel (4) durch Reibrührschweißen, Magnetimpulsschweißen oder Magnetimpulskrimpen verbunden ist, wobei die Verbindungsnaht (8) einen Abstand (A) zum enthaltenen Fahrzeugbetriebsmittel (3) hat.

Description

Betriebsmitteleinheit mit einem temperaturempfindlichen
Fahrzeugbetriebsmittel
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Betriebsmittelein- heit, umfassend einen Behälter mit einem darin enthaltenen temperaturempfindlichen Fahrzeugbetriebsmittel, insbesondere zur Abgasbehandlung, mit einem zumindest einseitig offenen Behältermantel, in den das Fahrzeugbetriebsmittel eingebracht und dessen Öffnung mittels eines Behälterdeckels verschlossen ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Behälters.
Moderne Fahrzeuge benötigen in zunehmendem Maße Behälter mit temperaturempfindlichen Betriebsmitteln, wie Katalysatoroder Abgasbehandlungsstoffen auf Metallhydrid- oder Ammoniakba- sis, die meist in granulärer Form oder Pulverform vorliegen. Zur Fertigung solcher Einheiten sind dichte Fügeverbindungen erforderlich, welche nach dem Stand der Technik durch Schmelzschweißen oder Kleben hergestellt werden. Schmelzschweißen hat jedoch den Nachteil einer hohen Wärmeeinbringung, die das tem- peraturempfindliche Betriebsmittel schädigen kann. Kleben ist hingegen ein sehr zeitintensiver Prozeß, der keinen raschen Fertigungstakt gestattet.
Die Erfindung setzt sich zum Ziel, eine Betriebsmitteleinheit der genannten Art zu schaffen, welche auf rasche und für das darin enthaltene Betriebsmittel schonende Art und Weise hergestellt werden kann.
Dieses Ziel wird in einem ersten Aspekt der Erfindung mit einer Betriebsmitteleinheit der einleitend genannten Art erreicht, die sich gemäß der Erfindung dadurch auszeichnet, daß der Behälterdeckel mit dem Behältermantel durch Reibrührschweißen, Magnetimpulsschweißen oder Magnetimpulskrimpen verbunden ist.
Auf diese Weise wird eine rasche Fertigung unter größtmöglicher Schonung des temperaturempfindlichen Fahrzeugbetriebs- mittels erreicht. Reibrührschweißen (friction stir welding, FSW) verursacht eine wesentlich geringere Wärmeentwicklung als herkömmliches Schmelzschweißen. Magnetimpulsschweißen (magnetic puls welding, MPW) und Magnetimpulskrimpen (magnetic puls crim- ping, MPC) sind Verfahren mit besonders geringer Wärmeentwick- lung und damit besonders schonend für das Fahrzeugbetriebsmittel.
Bevorzugt wird vorgesehen, daß die Verbindungsnaht einen Abstand zum enthaltenen Fahrzeugbetriebsmittel hat. Insbesondere beim Reibrührschweißen wird durch die Einhaltung eines sol- chen Abstands zum Behälterinneren auch jedwede geringe Wärmeentwicklung noch abgebaut, bevor sie das Fahrzeugbetriebsmittel erreichen kann.
Eine aus demselben Grund besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Behälter- deckel mit dem Behältermantel durch Magnetimpulskrimpen unter Zwischenlegung eines Dichtungsrings in eine Nut des Behältermantels und/oder -deckeis verbunden ist. Dadurch werden die Vorteile des Magnetimpulskrimpens, welches nahezu keine Wärmeentwicklung verursacht, unter Erreichung einer ausgezeichneten Abdichtung ausgenützt.
Bevorzugt liegt die Verbindungsnaht in einem von der Behälteröffnung nach außen wegweisenden Rand des Behälterdeckels mit Abstand zum Behälterinneren. Dadurch kann eine gute thermische Beabstandung zwischen Verbindungsnaht und Behälterinnerem erreicht werden.
In der bevorzugten Ausführungsform des Magnetimpulskrimpens ist es besonders günstig, wenn der Rand außenumfangsseitig profiliert ist, bevorzugt verjüngt, um so eine formschlüssige Verrastung beim Aufkrimpen des Behältermantels zu bilden. Bevorzugt ist der Behälterdeckel aus Blech und der Rand durch Umformung oder Umbördeln gefertigt; alternativ ist der Behälterdeckel bevorzugt aus Kunststoff- oder Metallguß und der Rand durch Gußformung gefertigt. Beide Varianten ergeben eine kostengünstige Fertigung. In einem zweiten Aspekt erreicht die Erfindung ihre Ziele mit einem Verfahren zum Herstellen eines ein temperaturempfindliches Fahrzeugbetriebsmittel enthaltenden Behälters, insbesondere zur Abgasbehandlung, mit den Schritten Bereitstellen eines zumindest einseitig offenen Behältermantels, Einbringen des Fahrzeugbetriebsmittels in den Behältermantel, und Verschließen der Behältermantelöffnung mittels eines Behälterdeckels, das sich dadurch auszeichnet, daß der Behälterdeckel mit dem Behältermantel durch Reibrührschweißen, Magnetimpulsschweißen oder Magnetimpulskrimpen verbunden wird.
Hinsichtlich der Vorteile und weiterer Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die obigen Ausführungen zur Betriebsmitteleinheit verwiesen".
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beige- schlossenen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Betriebsmitteleinheit im Halbschnitt, die durch Reibrührschweißen gefertigt wird; die Fig. 2a und 2b eine zweite Ausführungsform der Betriebsmitteleinheit der Erfindung während zweier aufeinanderfolgender Fertigungsschritte mittels Magnetimpulsschweißens, u.zw. jeweils im Halbschnitt; und die Fig. 3a und 3b eine dritte Ausführungsform der Be- triebsmitteleinheit der Erfindung während zweier aufeinanderfolgender Fertigungsschritte mittels Magnetimpulskrimpens, ebenso jeweils im Halbschnitt.
Fig. 1 zeigt eine Betriebsmitteleinheit 1 aus einem Behälter 2 mit einem darin enthaltenen temperaturempfindlichen Fahr- Zeugbetriebsmittel 3, z.B. granulärem Ammoniaksalz. Das Fahrzeugbetriebsmittel 3 kann auch nur einen Teil des Behälters 2 einnehmen; bevorzugt ist es jedoch fest in diesen eingepreßt.
Der Behälter 2 setzt sich aus einem hier etwa zylindrischen Behältermantel 4 und einem Behälterdeckel 5 zusammen, der in eine stirnseitige Öffnung 6 des Behältermantels 4 abdichtend eingesetzt ist. Der Behältermantel 4 kann beliebigen Querschnitt haben und auch mehr als eine Behälteröffnung 6 mit jeweils einem Behälterdeckel 5 haben. Übliche Anschlüsse des Behälters 2 sind zur Vereinfachung nicht dargestellt. Der Behälterdeckel 5 besitzt einen von der Behälteröffnung 6 nach außen wegweisenden, umgebogenen Rand 7, mit dem er eng am Innenumfang des Mündungsbereichs des Behältermantels 4 anliegt. In diesem Bereich wird eine Verbindungsnaht 8 zwischen Behältermantel 4 und Behälterdeckel 5 erzeugt, und zwar durch Reibrührschweißen mittels einen Reibrühr-Schweißwerkzeuges 9 unter Gegenhalten mit einem Anlageblock 10. Die Verbindungsnaht 8 hält dabei bevorzugt einen Abstand A zum Behälterinneren und damit zu dem darin enthaltenen Fahrzeugbetriebsmittel 3. Der Abstand A liegt bevorzugt im Bereich von 1 bis 50 mm, besonders bevorzugt 3 bis 20 mm.
Alternativ ist es auch möglich, den Behälterdeckel 5 umgekehrt, d.h. mit nach innen weisendem Rand 7 in den Behältermantel 4 einzusetzen, in welchem Fall der Abstand A entfällt.
Die Fig. 2a und 2b zeigen eine weitere alternative Ausfüh- rungsform und ein alternatives Fertigungsverfahren für die Betriebsmitteleinheit 1. Der Behälterdeckel 5 ist hier ein Kunststoff- oder Metallgußteil mit einem angeformten oder durch Fräsen ausgebildeten, außenumfangsseitig geringfüg konisch verjüngtem Rand 7. Durch Verschweißen des Mündungsbereichs des Be- hältermantels 4 mit dem Rand 7 mittels eines Magnetimpulsschweißverfahrens (magnetic puls welding, MPW) wird wieder eine Verbindungsnaht 8 erzielt, die bevorzugt einen Abstand A zum Fahrzeugbetriebsmittel 3 einhält.
Die Fig. 3a und 3b zeigen eine weitere Ausführungsform, bei welcher die Außenseite des Randes 7 in Richtung von der Behälteröffnung 6 wegweisend profiliert, insbesondere verjüngt ist und die Verbindungsnaht 8 durch formschlüssiges Umformen des Mündungsbereichs des Behältermantels 4 auf den profilierten Rand 7 mittels eines Magnetimpulskrimpverfahrens (magnetic puls crimping, MPC) gebildet wird. Aufgrund des Umkrimpen des Mün- dungsrands des Behältermantels 4 ergibt sich hier auch ein geringer Abstand A zum Fahrzeugbetriebsmittel 3.
Zur Abdichtung des Behälters 2 kann bei dieser Ausführungsform und Verfahrensvariante ein O-Dichtring zwischen Be- hältermantel 4 und Behälterdeckel 5 zwischengelegt werden, und zwar in eine Nut 12 des Behältermantels 4 und/oder des Randes 7. Anstelle eines gesonderten O-Dichtrings kann der Behälterdeckel 5 z.B. auch mit einer angeformten Dichtlippe versehen werden. Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern umfaßt alle Varianten und Modifikationen, die in den Rahmen der angeschlossenen Ansprüche fallen.

Claims

Patentansprüche :
1. Betriebsmitteleinheit, umfassend einen Behälter (2) mit einem darin enthaltenen temperaturempfindlichen Fahrzeugbe- triebsmittel (3), .insbesondere zur Abgasbehandlung, mit einem zumindest einseitig offenen Behältermantel (4), in den das Fahrzeugbetriebsmittel (3) eingebracht und dessen Öffnung (6) mittels eines Behälterdeckels (5) verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälterdeckel (5) mit dem Behältermantel (4) durch Reibrührschweißen, Magnetimpulsschweißen oder Magnetimpulskrimpen verbunden ist.
2. Betriebsmitteleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsnaht (8) einen Abstand (A) zum enthaltenen Fahrzeugbetriebsmittel (3) hat.
3. Betriebsmitteleinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälterdeckel (5) mit dem Behältermantel (4) durch Magnetimpulskrimpen unter Zwischenlegung eines Dichtungsrings (11) in eine Nut (12) des Behältermantels (4) und/oder -deckeis verbunden ist.
4. Betriebsmitteleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsnaht (8) in einem von der Behälteröffnung (6) nach außen wegweisenden Rand (7) des Behälterdeckels (5) mit Abstand zum Behälterinneren liegt.
5. Betriebsmitteleinheit nach Anspruch 4, dadurch ge- kennzeichnet, daß der Rand (7) außenumfangsseitig profiliert ist, bevorzugt verjüngt.
6. Betriebsmitteleinheit nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälterdeckel (5) aus Blech und der Rand (7) durch Umformung oder Umbördeln gefertigt ist.
7. Betriebsmitteleinheit nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälterdeckel (5) aus Kunststoff- oder Metallguß und der Rand (7) durch Gußformung gefertigt ist.
8. Verfahren zum Herstellen eines ein temperaturempfindliches Fahrzeugbetriebsmittel enthaltenden Behälters, insbeson- dere zur Abgasbehandlung, mit den Schritten Bereitstellen eines zumindest einseitig offenen Behältermantels, Einbringen des Fahrzeugbetriebsmittels in den Behältermantel, und Verschließen der Behältermantelöffnung mittels eines Behälterdeckels, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälterdeckel (5) mit dem Behäl- termantel (4) durch Reibrührschweißen, Magnetimpulsschweißen oder Magnetimpulskrimpen verbunden wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsnaht (8) einen Abstand (A) zum Fahrzeugbetriebsmittel (3) hält.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälterdeckel (5) mit dem Behältermantel (4) durch Magnetimpulskrimpen unter Zwischenlegen eines Dichtungsrings (11) in eine Nut (12) des Behältermantels (4) und/oder - deckeis (5) verbunden wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsnaht (8) in einem von der Behälteröffnung (6) nach außen wegweisenden Rand (7) des Behälterdeckels (5) liegt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand (7) außenumfangsseitig profiliert, bevorzugt verjüngt, ausgebildet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälterdeckel (5) aus Blech und der Rand (7) durch Umformung oder Umbördeln gefertigt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälterdeckel (5) aus Kunststoff- oder Metallguß und der Rand (7) durch Gußformung oder Fräsen gefertigt wird.
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