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WO2008141797A1 - Abgasbehandlungsvorrichtung und verfahren zur herstellung einer abgasbehandlungsvorrichtung - Google Patents

Abgasbehandlungsvorrichtung und verfahren zur herstellung einer abgasbehandlungsvorrichtung Download PDF

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WO2008141797A1
WO2008141797A1 PCT/EP2008/004020 EP2008004020W WO2008141797A1 WO 2008141797 A1 WO2008141797 A1 WO 2008141797A1 EP 2008004020 W EP2008004020 W EP 2008004020W WO 2008141797 A1 WO2008141797 A1 WO 2008141797A1
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WO
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treatment device
assembly
jacket
edges
insert
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WO2008141797A8 (de
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Stefan Schmidt
Stefan MERSCHKÖTTER
Manfred Stiglmair
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Faurecia Emissions Control Technologies Germany GmbH
Original Assignee
Emcon Technologies Germany Augsburg GmbH
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Publication date
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    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
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    • F01N3/2839Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration
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    • F01N2470/00Structure or shape of exhaust gas passages, pipes or tubes

Definitions

  • the invention relates to an exhaust gas treatment device, in particular for an exhaust system of an internal combustion engine, with an insert flowed through by exhaust gas and an insert surrounding the elastic compensating element and a housing of the insert and compensating element enclosing housing of a metal sheet.
  • the housing has a jacket wrapped around the assembly and exerts a clamping force on the assembly.
  • the compensating element usually an elastic bearing mat, keeps the pressure-sensitive substrate under clamping in the housing. It is essential that uniform compressive forces are exerted on the circumference of the substrate so that it will not be damaged during installation or during later operation.
  • the housing is made from a blank blank cut to size over the circumference of the insert and blanket mat assembly.
  • the sheath blank is wound around the assembly with a tension such that a sufficient clamping action is exerted on the substrate.
  • the jacket blank is wrapped so far around the assembly that the opposite edges of the jacket blank overlap on the circumference of the assembly (see Figures 1a and 1b).
  • the tension of the wrap is determined, for example, over a predetermined value of a mat gap, the gap bulk density (GBD), or the pressure on the substrate. For the assembly to be held securely in the housing, this value must be achieved over much of the circumference.
  • This technique has the disadvantage that at the point of overlap, the bearing mat is selectively compressed and therefore results in a jump in the load applied to the substrate. This leads to shearing forces in the substrate.
  • the object of the invention is to provide an exhaust gas treatment device in which the clamping of the assembly in the housing takes place as uniformly as possible over the circumference.
  • edges of the shell together for example, they can be welded together. This results in a simple, durable and temperature-resistant connection.
  • the heat load of the compensating element during welding can be e.g. Reduce the fact that the abutting edges are covered by a cover which is welded on both sides of the abutting edges with the jacket.
  • the cover portion may be a separate metal strip, which is a cost effective solution.
  • the jacket then has in the region of the abutting edge a radially outwardly offset extension, which protrudes in the circumferential direction beyond the adjacent abutting edge and is welded to the opposite jacket section.
  • a metal foil could also be arranged between the compensating element and the jacket in the area of the abutting edges.
  • the compensation element is a bearing mat, as is known from standard applications.
  • a method according to the invention for producing a bearing mat for producing a bearing mat
  • Exhaust treatment device for example, an assembly of a gas-permeable insert and an insert surrounding the elastic compensating element is provided.
  • a tailored to the dimensions of the assembly jacket blank with two opposing edges lying abutting edges is provided, and the
  • Mantelzuites is wrapped in the circumferential direction around the assembly, so that a
  • Housing is formed, which exerts a clamping force on the assembly.
  • Jacket blank is wound so that in the finished housing, the abutting edges abut one another.
  • Figures 1a and 1b is a schematic view of an exhaust gas treatment apparatus according to the prior art
  • Figure 2 is a schematic section of an exhaust gas treatment apparatus according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 3 shows a schematic section of an exhaust gas treatment device according to a first variant of the embodiment according to the invention
  • FIG. 4 shows a schematic detail of an exhaust gas treatment device according to a second variant of the embodiment according to the invention.
  • FIG. 5 is a schematic section of a
  • FIGS. 1a and 1b show a section of an exhaust gas treatment device 10 according to a conventional production method.
  • the exhaust gas treatment device 10 is flowed through in the operation of exhaust gas, and the entrained in the exhaust pollutants are implemented there or filtered out.
  • the technique described can be used, for example, for known catalysts,
  • the jacket 16 has a one-piece blank with two edges located on opposite sides. To form the housing, the jacket is wrapped around the assembly of insert 12 and compensation element 14. In this case, the edges of the jacket blank overlap in a region 17. The edges are welded in this state in order to fix the jacket 16.
  • the jacket 16 consists of a metal sheet of suitable thickness and is prefabricated with predetermined dimensions. Then the assembly of insert 12 and compensation element 14 is measured prior to canning. When wrapping, the overlap is adjusted until a defined mat gap, a predetermined GBD value or a predetermined pressure is reached.
  • the two abutting edges 18, 20 are directly welded together in this example to fix the shell 116 and close the housing in the circumferential direction U.
  • the jacket 116 is fixed by means of a covering section 122, which is laid over the abutting edges 18, 20 and welded to the regions of the jacket 116 adjoining the abutting edges 18, 20.
  • the cover section 122 extends over the entire axial length of the abutting edges 18, 20.
  • the cover portion of Figure 3 is formed integrally with the shell 116.
  • One of the edges of the jacket 116, following the abutting edge 18, has an extension 124 which is offset outwards in the radial direction r and covers the portion of the jacket 116 adjoining the abutting edge 20. This eliminates one of the welds, which was necessary in the example of Figure 3.
  • FIG. 5 shows a further alternative for reducing the thermal load on the compensating element 14.
  • a strip 126 made of a metal foil, for example of aluminum or steel is placed under the abutting edges 18, 20.
  • the abutting edges 18, 20 are welded directly to each other as in the example of FIG.
  • the film strip 126 is very thin, so that no significant change in the mat gap occurs in the region of the film strip 126.

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Abstract

Eine Abgasbehandlungsvorrichtung, insbesondere für die Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, hat einen von Abgas durchströmten Einleger (12) und ein den Einleger (12) umgebendes elastisches Ausgleichselement (14). Ein Gehäuse aus einem Metallblech, das einen um die Baugruppe gewickelten Mantel (116) aufweist, umschließt die Baugruppe aus Einleger (12) und Ausgleichselement (14) und übt eine Klemmkraft auf die Baugruppe aus. Der Mantel (116) ist so bemessen, daß in Umfangsrichtung die Stoßkanten (18, 20) bildenden Ränder des Mantels (116) auf Stoß aneinanderliegen.

Description

Abgasbehandlungsvorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Abgasbehandlungsvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Abgasbehandlungsvorrichtung, insbesondere für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, mit einem von Abgas durchströmten Einleger und einem den Einleger umgebenden elastischen Ausgleichselement sowie einem die Baugruppe aus Einleger und Ausgleichselement umschließenden Gehäuse aus einem Metallblech. Das Gehäuse weist einen um die Baugruppe gewickelten Mantel auf und übt eine Klemmkraft auf die Baugruppe aus.
Derartige Anordnungen sind Standard für das sogenannte Canning von
Substraten, beispielsweise von Katalysatoren oder Partikelfiltern in Abgasreinigungsanlagen von Fahrzeugen. Das Ausgleichselement, meist eine elastische Lagermatte, hält dabei das druckempfindliche Substrat unter Klemmung im Gehäuse. Hierbei ist wesentlich, daß gleichmäßige Druckkräfte auf den Umfang des Substrats ausgeübt werden, damit dieses weder beim Einbau noch im späteren Betrieb beschädigt wird.
In einer bekannten Technik wird das Gehäuse aus einem Mantelzuschnitt gefertigt, der mit Übergröße gegenüber dem Umfang der Baugruppe aus Einleger und Lagermatte zugeschnitten ist. Der Mantelzuschnitt wird mit einer solchen Spannung um die Baugruppe herum gewickelt, daß eine genügende Klemmwirkung auf das Substrat ausgeübt wird. Der Mantelzuschnitt wird dabei soweit um die Baugruppe gewickelt, daß die entgegengesetzten Ränder des Mantelzuschnitts auf dem Umfang der Baugruppe überlappen (siehe Figuren 1a und 1b). Die Spannung der Umwicklung wird zum Beispiel über einen vorbestimmten Wert eines Mattenspalts, der GBD (gap bulk density) oder des Drucks auf das Substrat bestimmt. Damit die Baugruppe sicher im Gehäuse gehalten ist, muß dieser Wert über einen Großteil des Umfangs erreicht werden. Diese Technik hat den Nachteil, daß an der Überlappungsstelle die Lagermatte punktuell zusammengedrückt wird und sich daher ein Sprung in der auf das Substrat ausgeübten Belastung ergibt. Dies führt zu Scherkräften im Substrat. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abgasbehandlungsvorrichtung zu schaffen, bei der die Klemmung der Baugruppe im Gehäuse möglichst gleichmäßig über den Umfang erfolgt.
Dies wird erfindungsgemäß bei einer oben genannten Abgasbehandlungsvorrichtung erreicht, indem der Mantel so bemessen ist, daß in Umfangsrichtung die Stoßkanten bildenden Ränder des Mantels auf Stoß aneinanderliegen. Der Mantelzuschnitt wird also so auf den Umfang der
Baugruppe abgestimmt, daß bei der vorbestimmten, durch das Wickeln erreichten Spannung die Ränder exakt aneinanderliegen. So entsteht ein dichtes Gehäuse, ohne daß eine Überlappung notwendig ist. Durch das Vermeiden der
Überlappung wird die punktuelle Belastung im Bereich der Ränder des Mantels deutlich reduziert.
Um die Ränder des Mantels aneinander zu befestigen, können diese zum Beispiel miteinander verschweißt werden. So ergibt sich eine einfache, haltbare und temperaturbeständige Verbindung.
Die Wärmebelastung des Ausgleichselements während des Schweißens läßt sich z.B. dadurch reduzieren, daß die Stoßkanten durch einen Abdeckabschnitt bedeckt werden, der beidseitig der Stoßkanten mit dem Mantel verschweißt ist.
Der Abdeckabschnitt kann ein separater Metallstreifen sein, was eine kostengünstige Lösung darstellt.
Zur Reduzierung der Anzahl der separaten Bauteile läßt sich der
Abdeckabschnitt auch durch einen Fortsatz des Mantels ausbilden. Der Mantel hat dann im Bereich der Stoßkante einen in radialer Richtung nach außen versetzten Fortsatz, der in Umfangsrichtung über die angrenzende Stoßkante hinausragt und mit dem gegenüberliegenden Mantelabschnitt verschweißt wird.
Um die Wärmebelastung zu verringern, könnte auch zwischen Ausgleichselement und Mantel im Bereich der Stoßkanten eine Metallfolie angeordnet sein.
Bevorzugt ist das Ausgleichselement eine Lagermatte, wie dies aus Standardanwendungen bekannt ist. In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer
Abgasbehandlungsvorrichtung, wie sie beispielsweise oben beschrieben ist, wird eine Baugruppe aus einem gasdurchlässigen Einleger und einem den Einleger umgebenden elastischen Ausgleichselement bereitgestellt. Ein auf die Abmessungen der Baugruppe abgestimmter Mantelzuschnitt mit zwei an entgegengesetzten Rändern liegenden Stoßkanten wird bereitgestellt, und der
Mantelzuschnitt wird in Umfangsrichtung um die Baugruppe gewickelt, so daß ein
Gehäuse gebildet wird, das eine Klemmkraft auf die Baugruppe ausübt. Der
Mantelzuschnitt wird dabei so gewickelt, daß im fertigen Gehäuse die Stoßkanten auf Stoß aneinanderliegen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele, mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
Figuren 1a und 1b eine schematische Ansicht einer Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik;
Figur 2 einen schematischen Ausschnitt aus einer Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 3 einen schematischen Ausschnitt aus einer Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß einer ersten Variante der erfindungsgemäßen Ausführungsform;
Figur 4 einen schematischen Ausschnitt aus einer Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß einer zweiten Variante der erfindungsgemäßen Ausführungsform; und
- Figur 5 einen schematischen Ausschnitt aus einer
Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß einer dritten Variante der erfindungsgemäßen Ausführungsform.
In den Figuren 1a und 1 b ist ein Ausschnitt einer Abgasbehandlungsvorrichtung 10 gemäß einem herkömmlichen Herstellungsverfahren gezeigt. Die Abgasbehandlungsvorrichtung 10 ist im Betrieb von Abgas durchströmt, und die im Abgas mitgeführten Schadstoffe werden dort umgesetzt oder ausgefiltert. Die beschriebene Technik läßt sich z.B. für bekannte Katalysatoren,
Partikelfilter, SCR-Vorrichtungen oder andere, auf einem Substrat basierende Abgasbehandlungsvorrichtungen anwenden.
Eine Baugruppe aus einem aus einem porösen Substrat bestehenden Einleger 12 und einem den Einleger 12 umgebenden elastischen Ausgleichselement 14, zum Beispiel einer Lager- bzw. Stützmatte, ist von einem Gehäuse umgeben, das einen Mantel 16 aufweist. Der Mantel 16 hat einen einstückigen Zuschnitt mit zwei an entgegengesetzten Seiten liegenden Rändern. Zur Bildung des Gehäuses wird der Mantel um die Baugruppe aus Einleger 12 und Ausgleichselement 14 herumgewickelt. Dabei überlappen die Ränder des Mantelzuschnitts in einem Bereich 17. Die Ränder werden in diesem Zustand verschweißt, um den Mantel 16 zu fixieren.
Der Mantel 16 besteht aus einem Metallblech geeigneter Dicke und wird mit vorbestimmten Abmessungen vorgefertigt. Dann wird die Baugruppe aus Einleger 12 und Ausgleichselement 14 vor dem Canning vermessen. Beim Umwickeln wird die Überlappung angepaßt, bis ein definierter Mattenspalt, ein vorbestimmter GBD-Wert oder ein vorbestimmter Druck erreicht ist.
Nachteilig ist, daß im Bereich der Überlappung eine lokale, plötzliche
Änderung des Mattenspalts um den Wert der Manteldicke auftritt. Diese Änderung des Mattenspalts wirkt sich auch auf den lokalen GBD-Wert und den lokal auf den Einleger 12 ausgeübten Druck aus.
Eine gleichmäßigere Belastung wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bei der in Figur 2 gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsform erreicht. Bei der Abgasbehandlungsvorrichtung 100 ist die Baugruppe aus Einleger 12 und
Ausgleichselement 14 von einem Mantel 116 umgeben, dessen Abmessungen aus den Dimensionen der Baugruppe 12, 14 berechnet werden. Jedoch wird der
Mantelzuschnitt so angefertigt, daß er exakt dem gewünschten Umfang U des Gehäuses entspricht. Dies führt dazu, daß die entgegengesetzten Ränder 18, 20 des Mantelzuschnitts im fertigen Gehäuse bei dem gewünschten Spannungswert
(bestimmt zum Beispiel über errechneten Mattenspalt, GBD-Wert oder Druck) exakt auf Stoß aneinanderliegen. Es entsteht also beim Wickeln keine Überlappung der Ränder des Mantels 116. Daher kommt es an dieser Stelle auch nicht zu einer lokalen Veränderung des Drucks auf den Einleger 12.
Die beiden Stoßkanten 18, 20 werden in diesem Beispiel direkt miteinander verschweißt, um den Mantel 116 zu fixieren und das Gehäuse in Umfangsrichtung U zu schließen.
Bei der in Figur 3 gezeigten Variante wird zur Verringerung der thermischen Belastung die Fixierung des Mantels 116 über einen Abdeckabschnitt 122 vorgenommen, der über die Stoßkanten 18, 20 gelegt wird und mit den an die Stoßkanten 18, 20 anschließenden Bereichen des Mantels 116 verschweißt wird. Der Abdeckabschnitt 122 erstreckt sich dabei über die gesamte axiale Länge der Stoßkanten 18, 20.
Bei der in Figur 4 gezeigten Variante ist der Abdeckabschnitt der Figur 3 einstückig mit dem Mantel 116 ausgebildet. Einer der Ränder des Mantels 116 weist im Anschluß an die Stoßkante 18 einen Fortsatz 124 auf, der in Radialrichtung r nach außen versetzt ist und den an die Stoßkante 20 anschließenden Abschnitt des Mantels 116 abdeckt. Hier entfällt eine der Schweißnähte, die im Beispiel der Figur 3 notwendig war.
Figur 5 zeigt eine weitere Alternative zur Verringerung der thermischen Belastung des Ausgleichselements 14. In diesem Fall ist ein Streifen 126 aus einer Metallfolie, zum Beispiel aus Aluminium oder Stahl, unter die Stoßkanten 18, 20 gelegt. Die Stoßkanten 18, 20 werden wie im Beispiel der Figur 2 direkt miteinander verschweißt. Der Folienstreifen 126 ist sehr dünn, so daß keine wesentliche Änderung des Mattenspalts im Bereich des Folienstreifens 126 auftritt.

Claims

Patentansprüche
1. Abgasbehandlungsvorrichtung, insbesondere für die Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, mit einem von Abgas durchströmten Einleger (12) und einem den Einleger (12) umgebenden elastischen Ausgleichselement (14) und einem die Baugruppe aus Einleger (12) und Ausgleichselement (14) umschließenden Gehäuse aus einem Metallblech, das einen um die Baugruppe gewickelten Mantel (116) aufweist und das eine Klemmkraft auf die Baugruppe ausübt, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (116) so bemessen ist, daß in Umfangsrichtung die Stoßkanten (18, 20) bildenden Ränder des Mantels (116) auf Stoß aneinanderliegen.
2. Abgasbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßkanten (18, 20) miteinander verschweißt sind.
3. Abgasbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßkanten (18, 20) durch einen Abdeckabschnitt (122) bedeckt sind, der beidseitig der Stoßkanten (18, 20) mit dem Mantel (116) verschweißt ist.
4. Abgasbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abdeckabschnitt (122) ein separater Metallstreifen ist.
5. Abgasbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abdeckabschnitt (122) durch einen Fortsatz (124) des Mantels (116) gebildet ist.
6. Abgasbehandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Ausgleichselement (14) und Mantel (116) im Bereich der Stoßkanten (18, 20) ein Streifen (126) aus einer Metallfolie angeordnet ist.
7. Abgasbehandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichselement (14) eine Lagermatte ist.
8. Verfahren zur Herstellung einer Abgasbehandlungsvorrichtung, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Baugruppe aus einem gasdurchlässigen Einleger (12) und einem den Einleger umgebenden elastischen Ausgleichselement (14) bereitgestellt wird, ein auf die Abmessungen der Baugruppe abgestimmter Mantelzuschnitt mit zwei an entgegengesetzten Rändern liegenden Stoßkanten (18, 20) bereitgestellt wird, der Mantelzuschnitt in Umfangsrichtung (U) um die Baugruppe gewickelt wird, so daß ein Gehäuse gebildet wird, das eine Klemmkraft auf die Baugruppe ausübt, wobei der Mantelzuschnitt so gewickelt wird, daß im fertigen Gehäuse die Stoßkanten (18, 20) auf Stoß aneinanderliegen.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an einem der Ränder des Mantels (116) ein nach außen versetzter Fortsatz (124) ausgebildet wird, der beim Schließen des Mantels mit dem anderen Rand in Überlappung gebracht wird.
PCT/EP2008/004020 2007-05-22 2008-05-20 Abgasbehandlungsvorrichtung und verfahren zur herstellung einer abgasbehandlungsvorrichtung Ceased WO2008141797A1 (de)

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