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Die
Erfindung betrifft eine Baugruppe zur Aufnahme zweier Substrate
für eine
Abgasreinigungsvorrichtung, mit einem ersten Gehäuse und einem stromabwärts des
ersten Gehäuses
angeordneten zweiten Gehäuse,
die miteinander verbunden sind, wobei es sich bei mindestens einem
der beiden Gehäuse
um ein Wickelgehäuse
handelt. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung
einer solchen Baugruppe.
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Bei
der Abgasreinigungsvorrichtung handelt es sich insbesondere um eine
Kombination aus Katalysator und Partikelfilter, wie sie bei modernen
Kraftfahrzeugen mit Diesel-Verbrennungskraftmaschine eingesetzt
wird. In 1 ist ein Beispiel
einer solchen Baugruppe gezeigt. Sie weist ein erstes Gehäuse 10 auf
in welchem über
eine Lagermatte 12 ein Substrat 14 aufgenommen
ist. Das Substrat kann mit einer katalytisch wirksamen Beschichtung
versehen sein, so daß ein
Katalysator gebildet ist. In der Strömungsrichtung P betrachtet
ist stromabwärts
des ersten Gehäuses 10 ein
zweites Gehäuse 16 angeordnet,
in welchem über
eine Lagermatte 18 ein Substrat 20 gehalten ist.
Das Substrat 20 kann beispielsweise ein Keramikkörper mit
sehr kleinen Poren sein, so daß ein
Partikelfilter gebildet ist. Zwischen dem ersten Gehäuse 10 und
dem zweiten Gehäuse 16 befindet
sich ein Zwischenring 22, der zwei Funktionen hat. Zum
einen dient er zur mechanischen und gasdichten Verbindung des ersten
Gehäuses 10 mit
dem zweiten Gehäuse 16.
Zu diesem Zweck ist das stromabwärtige
Ende des ersten Gehäuses 10 mit
dem stromaufwärtigen
Ende des Zwischenrings 22 durch eine Schweißnaht 24 verbunden,
und das stromabwärtige
Ende des Zwischenrings 22 ist mit dem stromaufwärtigen Ende
des zweiten Gehäuses 16 ebenfalls
durch eine Schweißnaht 24 verbunden. Zum
anderen dient der Zwischenring 22 zur Aufnahme eines Sensors 26,
der dazu dient, verschiedene Parameter des Abgases zu erfassen,
das durch die aus den Gehäusen
und den Substraten gebildete Baugruppe strömt, oder zur Aufnahme anderer
Anschlüsse,
z.B. für
eine Druckleitung.
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Die
beschriebene Baugruppe hat den Nachteil, daß ihre Herstellung vergleichsweise
aufwendig ist.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Baugruppe der eingangs
genannten Art zu schaffen, die kostengünstiger und mit verbesserter Dauerhaltbarkeit
hergestellt werden kann.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen,
daß von
den einander zugewandten Enden der beiden Gehäuse mindestens eines kalibriert
ist und die beiden einander zugewandten Enden der beiden Gehäuse unmittelbar
miteinander verbunden sind. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis,
daß der
Zwischenring als solcher zwischen dem ersten Gehäuse und dem zweiten Gehäuse nicht
erforderlich ist. Wenn mindestens eines der beiden miteinander zu
verbindenden Enden der Gehäuse
geeignet kalibriert wird, können
die beiden Enden auch unmittelbar miteinander verbunden werden.
Auf diese Weise werden der Zwischenring und eine Schweißnaht eingespart,
was zu erheblichen Kostenvorteilen führt.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, daß das
mit dem anderen Gehäuse
verbundene Ende des einen Gehäuses
verlängert
ausgeführt
ist, so daß ein
Zwischenabschnitt zur Anbringung anderer Bauteile geschaffen ist,
beispielsweise eines Sensors. Auf diese Weise kann mit geringem
Aufwand der Bauraum geschaffen werden, der im Stand der Technik
durch den Zwischenring geschaffen wurde.
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Vorzugsweise
weist der Zwischenabschnitt einen ebenen Abschnitt auf. Dieser ebene
Abschnitt kann mit geringem Aufwand beim Kalibrieren des dem anderen
Gehäuse
zugewandten Endes des Zwischenabschnittes hergestellt werden und
erleichtert dann die Anbringung einer Buchse für einen Sensor oder anderer
Anschlüsse
erheblich. Dieser kann dann in einfacher Weise beispielsweise durch
Widerstandsschweißen
angebracht werden.
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Hinsichtlich
des Kalibrierens gibt es verschiedene Möglichkeiten, um die beiden
Enden in geeigneter Weise plastisch zu verformen. Beispielsweise
kann eines der Enden in seinem Durchmesser unverändert belassen werden, während das
andere Ende im Durchmesser aufgeweitet oder gestaucht wird. Es ist
auch möglich,
beide Enden aufzuweiten oder zu stauchen. Ebenso ist möglich, das
erste Gehäuse
in das zweite Gehäuse
hineinzustecken oder auf dieses aufzustecken. Weiterhin möglich ist,
mindestens eines der beiden miteinander zu verbindenden Ende durch
das Kalibrieren konisch auszubilden, so daß das andere Gehäuse entweder
stumpf an das konische Ende angesetzt wird oder, wenn beide Enden
konisch ausgebildet sind, einander überlappend angeordnet werden.
Je nach den Anforderungen kann nur ein Ende kalibriert werden, oder
es können beide
Enden kalibriert werden. Es sei darauf hingewiesen, daß die Aufzählung der
verschiedenen Ausgestaltungen der miteinander zu verbindenden Enden
nicht abschließend
ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist vorgesehen, daß die
beiden miteinander verbundenen Enden eine Rastgeometrie aufweisen,
beispielsweise eine nach innen weisende Prägung, mittels der sie im vormontierten
Zustand formschlüssig
ineinander einrasten. Dies vereinfacht das Verbinden der beiden
Gehäuse,
da sie dann beim Schweißen
oder Löten
nicht positioniert gehalten werden müssen, sondern von alleine in
der gewünschten
Position verbleiben.
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Bei
den beiden Gehäusen
handelt es sich insbesondere um Wickelgehäuse mit einem Mantel, der um
das Substrat gewickelt und dann geschlossen wurde. Bei diesen Gehäusen ist
die Kalibrierung der miteinander zu verbindenden Enden von besonderer Bedeutung,
da der Durchmesser der Gehäuse
in großem
Maße schwankt.
Das im entsprechenden Gehäuse
angeordnete Substrat ist nämlich
selbst mit sehr großen
Toleranzen behaftet, die sich dann in entsprechend großen Toleranzen
des um das Substrat gewickelten Mantels auswirken.
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Erfindungsgemäß ist zur
Lösung
der oben genannten Aufgabe auch ein Verfahren zur Herstellung einer
Baugruppe zur Aufnahme zweier Substrate für eine Abgasreinigungsvorrichtung
vorgesehen, bei dem die folgenden Schritte verwendet werden: Zunächst werden
ein erstes und ein zweites Gehäuse
bereitgestellt, wobei ein stromabwärtiges Ende des einen Gehäuses mit
dem stromaufwärtigen
Ende des anderen Gehäuses
verbunden werden soll. Von den beiden miteinander zu verbindenden
Enden wird mindestens eines kalibriert. Anschließend werden die beiden Enden
unmittelbar miteinander verbunden. Hinsichtlich der Vorteile dieses
Verfahrens wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
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Die
einander zugewandten Enden der beiden Gehäuse können insbesondere miteinander
verschweißt
oder verlötet
werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist vorgesehen, daß das
zu kalibrierende Ende des Gehäuses
beim Kalibrieren innenseitig gestützt wird. Es hat sich herausgestellt,
daß auf
diese Weise eine bessere Maßhaltigkeit
erreicht wird.
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Wenn
die zu kalibrierenden Gehäuse
Wickelgehäuse
sind, ist vorgesehen, daß das
zu kalibrierende Ende des Gehäuses
mittels eines Kalibrierwerkzeugs kalibriert wird, das eine Ausnehmung
für einen Überlappungsbereich
des Mantels des Gehäuses aufweist.
Auf diese Weise wird gewährleistet,
daß auf der
der Ausnehmung gegenüberliegenden
Seite des Gehäuses
kein störender
Absatz gebildet wird.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele
beschrieben, die in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:
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1 einen
schematischen Schnitt durch eine Baugruppe gemäß dem Stand der Technik;
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2 einen
schematischen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Baugruppe;
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3 einen
schematischen Schnitt entlang der Ebene III-III von 2;
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die 4 bis 10 jeweils
einen schematischen Schnitt durch weitere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Baugruppe;
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11 einen
schematischen Schnitt durch eine Variante einer erfindungsgemäßen Baugruppe;
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12 einen
schematischen Schnitt entlang der Ebene XII-XII von 11;
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13 in
einem schematischen Schnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Baugruppe;
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14 in
vergrößertem Maßstab das
Detail XIV aus 13;
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15 schematisch
ein Kalibrierwerkzeug in einem Querschnitt; und
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16 einen
schematischen Schnitt durch ein Gehäuse beim Kalibrieren.
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Für die nachfolgende
Beschreibung der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele
werden für die
aus der obigen Beschreibung des Standes der Technik bekannten Bauteile
dieselben Bezugszeichen verwendet.
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In 2 sind
das erste Gehäuse 10 mit
Substrat 14 und das zweite Gehäuse 16 mit Substrat 20 zu
erkennen. Es ist für
die Erfindung ohne Bedeutung, welche Funktion das Substrat im entsprechenden
Gehäuse
hat. Jedes der Gehäuse
ist gebildet durch eine Mantelfläche
und einen Trichter. Das erste Gehäuse weist an seinem stromaufwärtigen Ende
einen (nicht dargestellten) Einlaßtrichter auf, und das zweite
Gehäuse
weist an seinem stromabwärtigen Ende
einen (nicht dargestellten) Auslaßtrichter auf. Da für die vorliegende
Erfindung nur der Mantel des Gehäuses
von Bedeutung ist, wird nachfolgend verallgemeinernd der Mantel
mit dem Gehäuse
gleichgesetzt.
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Das
zweite Gehäuse 16 weist
an seinem stromaufwärtigen,
dem ersten Gehäuse 10 zugewandten
Ende einen Zwischenabschnitt 30 auf, der als einstückige Verlängerung
des Mantels ausgeführt ist.
Anders ausgedrückt
ist der Mantel des zweiten Gehäuses 16 überlang
ausgeführt,
so daß der
in axialer Richtung über
das Substrat 20 hinausstehende Zwischenabschnitt 30 gebildet
ist.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
sind der Durchmesser des ersten Gehäuses 10 und des zweiten
Gehäuses 16 im
wesentlichen gleich. Die beiden einander zugewandten Enden der beiden
Gehäuse sind
auf bestimmte Abmessungen kalibriert, also in radialer Richtung
durch plastisches Verformen (entweder Aufweiten oder Stauchen) auf
bestimmte Abmessungen gebracht. Während die Abmessungen am stromaufwärtigen Ende
des zweiten Gehäuses 16 im
wesentlichen unverändert
gegenüber
den Werten sind, die im Bereich des zweiten Substrates 20 vorliegen,
ist das erste Gehäuse 10 an
seinem stromabwärtigen
Ende um den Betrag der Wandstärke
des Gehäuses
aufgeweitet. Anders ausgedrückt
entspricht (gegebenenfalls abgesehen von einem Fügespalt) der Innendurchmesser
des ersten Gehäuses 10 am
stromabwärtigen
Ende dem Außendurchmesser
des zweiten Gehäuses 16 am
stromaufwärtigen Ende.
Dies ermöglicht,
das zweite Gehäuse 16 in
das erste Gehäuse 10 einzustecken
und die beiden Gehäuse
miteinander zu verschweißen.
(Siehe Schweißnaht 24).
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Auf
dem Zwischenabschnitt 30 ist der Sensor 26 angeordnet.
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Wie
in 3 zu sehen ist, handelt es sich bei den beiden
Gehäusen 10, 16 um
Wickelgehäuse,
bei denen der Mantel um das jeweilige Substrat mit zugehöriger Lagermatte
herumgewickelt und dann durch eine etwa parallel zur Längsachse
und Durchströmungsrichtung
des Gehäuses
verlaufende Schweißnaht 32 geschlossen
ist. Die Querschnittsform der beiden Gehäuse 10, 16 ist
nahezu beliebig. Das Gehäuse
kann kreisförmig
sein, oval, trioval (wie in 3 gezeigt),
oder eine sonstige geeignete Querschnittsform haben.
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Bei
dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das stromabwärtige Ende
des ersten Gehäuses 10 nach
innen kalibriert, so daß das
erste Gehäuse 10 in
das zweite Gehäuse 16 eingesteckt
ist.
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Bei
dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel sind sowohl
die beiden miteinander zu verbindenden Enden des ersten und des
zweiten Gehäuses 10, 16 als
auch der Zwischenabschnitt 30 eingezogen ausgeführt. Ihr
Durchmesser ist also kleiner als der Durchmesser der Gehäuse 10, 16 im
Bereich der Substrate 14, 20. Weiterhin ist der
Durchmesser des stromabwärtigen
Endes des ersten Gehäuses 10 um
den Betrag der Wandstärke
des zweiten Gehäuses 16 kleiner
ausgeführt
als die Abmessungen des stromaufwärtigen Endes des zweiten Gehäuses 16. Das
erste Gehäuse 10 ist
also in das zweite Gehäuse 16 eingesteckt.
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Beim
in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel unterscheiden
sich die Abmessungen des stromabwärtigen Endes des ersten Gehäuses 10 und des
stromaufwärtigen
Endes des zweiten Gehäuses 16 so
voneinander, daß das
erste Gehäuse
auf das zweite Gehäuse
aufgesteckt ist.
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Bei
dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel sind sowohl
die beiden miteinander zu verbindenden Enden des ersten und des
zweiten Gehäuses 10, 16 als
auch der Zwischenabschnitt 30 nach außen ausgestellt. Das erste
Gehäuse 10 ist
in das zweite Gehäuse 16 eingesteckt.
Bei dem in 8 gezeigten Ausführungsbeispiel
ist das erste Gehäuse 10 auf
das zweite Gehäuse 16 aufgesteckt.
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In 9 ist
ein Ausführungsbeispiel
gezeigt, bei dem der Zwischenabschnitt 30, der hier wieder einstückig mit
dem zweiten Gehäuse 16 ausgeführt ist,
im wesentlichen hinsichtlich des Durchmessers unverändert weiterläuft, während das
stromabwärtige
Ende des ersten Gehäuses 10 durch
das Kalibrieren konisch angestellt ist. Das stromaufwärtige Ende des
zweiten Gehäuses 16 wird
stumpf auf den konisch verlaufenden Endabschnitt des ersten Gehäuses 10 aufgesetzt
und dort mit einer Schweißnaht 24 verschweißt. Gegenüber den
bisher beschriebenen Ausführungsformen
hat diese Ausführungsform
den Vorteil, daß das
stromaufwärtige
Ende des zweiten Gehäuses 16 nicht
kalibriert werden muß,
sondern nur ein einziges Ende kalibriert werden muß, nämlich das
Ende des ersten Gehäuses 10.
Toleranzen des Durchmessers des stromaufwärtigen Endes des zweiten Gehäuses 16 wirken
sich lediglich dadurch aus, daß die
Berührlinie
zwischen den beiden Gehäusen
weiter innen oder weiter außen
auf dem konisch angestellten Endabschnitt liegt. Bei den in den 2 bis 8 gezeigten
Ausführungsbeispielen müssen dagegen
die beiden miteinander zu verbindenden Enden kalibriert werden,
damit sie unabhängig
von Toleranzen der Gehäuse
möglichst
gut aneinander anliegen.
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In 10 ist
ein Ausführungsbeispiel
gezeigt, bei dem die beiden miteinander zu verbindenden Enden durch
das Kalibrieren konisch angestellt sind. Hierdurch überlappen
sich die beiden Enden wieder, wenn die Gehäuse aneinander angesetzt werden.
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In
den 11 und 12 ist
ein Ausführungsbeispiel
gezeigt, bei dem der Zwischenabschnitt 30 beim Kalibrieren
mit einem ebenen Abschnitt 34 versehen wird, beispielsweise
durch Prägen.
Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß der Sensor 26 sehr
viel einfacher montiert werden kann als auf einer gekrümmten Fläche.
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Beim
Kalibrieren kann an den miteinander zu verbindenden Enden der beiden
Gehäuse 10, 16 auch
eine Rastgeometrie mit angeformt werden. Ein Beispiel einer solchen
Rastgeometrie ist in den 13 und 14 gezeigt.
Die beiden Gehäuse 10, 16 werden
an den miteinander zu verbindenden Rändern jeweils mit einer Prägung 36, 38 versehen,
die nach An einer umlaufenden Nut oder auch nur punktuell ausgebildet
sein kann. Wenn die beiden Gehäuse 10, 16 aneinander
angesetzt werden, rastet die Prägung 38 des
ersten Gehäuses 10 unter
der Prägung 36 des
zweiten Gehäuses 16 ein,
so daß die beiden
Teile vormontiert bzw. vorfixiert sind. Die Rastgeometrie dient
auch dazu, die maximale Einstecktiefe des einen Gehäuses in
das andere zu begrenzen. Ein weiterer Vorteil der Rastgeometrie
besteht darin, daß eine
Querschnittsverengung unmittelbar vor dem Spalt zur Lagermatte 18 im
zweiten Gehäuse 16 gebildet
ist. Dies verringert das Risiko einer Beschädigung der Lagermatte durch
den Abgasstrom in diesem Bereich.
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Im
Ausführungsbeispiel
von 13 ist zu sehen, daß der Zwischenabschnitt 30 natürlich auch
am ersten Gehäuse 10 ausgebildet
sein kann.
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In
den 15 und 16 ist
schematisch das Kalibrieren eines Endes eines Gehäuses gezeigt.
In 15 sind mehrere Kalibrierbacken 40 gezeigt,
mit denen ein zu kalibrierendes Ende gestaucht werden kann. Mit
dem Bezugszeichen 42 sind mehrere Kalibrierbacken gezeigt,
mit denen ein zu kalibrierendes Ende aufgeweitet werden kann. Im
entsprechenden Kalibrierwerkzeug ist eine Ausnehmung 44 bzw. 46 vorgesehen,
in welcher der sich überlappende
Bereich des Mantels des entsprechenden Gehäuses zu liegen kommt. Die in
den Kalibrierbacken 40 vorgesehene Ausnehmung 44 gewährleistet
bei dem in 3 gezeigten ersten Gehäuse 10,
daß sich
nach dem Kalibrieren auf der Innenseite eine glatte Oberfläche ergibt.
Die in den Kalibrierbacken 42 vorgesehene Ausnehmung 46 ermöglicht bei dem
in 3 gezeigten zweiten Gehäuse 16, daß sich auf
der Außenseite
eine glatte Oberfläche
ergibt.
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In 16 ist
zu sehen, daß das
aus den Kalibrierbacken 40, 42 bestehende Kalibrierwerkzeug unabhänig davon,
ob beim Kalibrieren der Durchmesser verringert oder vergrößert wird,
sowohl an der Innenseite als auch an der Außenseite des entsprechenden
Gehäuses
angreift.
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- 10
- erstes
Gehäuse
- 12
- Lagermatte
- 14
- Substrat
- 16
- zweites
Gehäuse
- 18
- Lagermatte
- 20
- Substrat
- 22
- Zwischenring
- 24
- Schweißnaht
- 30
- Zwischenabschnitt
- 32
- Schweißnaht
- 34
- ebener
Abschnitt
- 36
- Prägung
- 38
- Prägung
- 40
- Kalibrierbacke
- 42
- Kalibrierbacke
- 44
- Ausnehmung
- 46
- Ausnehmung