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.