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Die
Erfindung betrifft zum einen eine Gehäuseschale eines Abgasfilters,
insbesondere eines Dieselpartikelfilters, gemäß Anspruch 1. Eine solche Gehäuseschale
ist unter anderem ausgebildet mit einem Boden, einer quer dazu angeordneten,
umlaufenden Umfangswand und einem Anschlussstutzen. Zum anderen
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer solchen
Gehäuseschale
gemäß Anspruch
10.
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Bei
Verbrennungsmotoren, insbesondere Otto- und Dieselmotoren, dienen
Abgasfilter im Bereich der Abgasanlage zur Rückhaltung oder Umwandlung von
Partikeln und Schadstoffen in den auszustoßenden Abgasen.
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Zentraler
Teil einer derartigen Abgasanlage ist ein Katalysator oder ein Filter,
welche entsprechend ihrer Reinigungsaufgabe aus speziellen Materialien
hergestellt und geformt sind. Für
eine effektive Reinigung der Abgase, insbesondere von Rußpartikeln
bei Dieselmotoren, ist es in der Regel erforderlich, dass die Filtereinrichtung
sehr schnell durch die heißen
Abgase auf die Betriebstemperatur aufgeheizt wird, welche üblicherweise
mehrere 100°C
beträgt.
An das umgebende Gehäuseteil
des Katalysator- oder Filterkerns werden daher hohe Anforderungen
an die Festigkeit bei großen
Temperaturschwankungen gestellt.
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Gleichzeitig
stellt es ein Erfordernis an das Gehäuse eines Abgasfilters dar,
dass dieses möglichst
wenig Wärmespeicherkapazität aufweist
und somit mit möglichst
geringer Masse auszubilden ist. Insbesondere bei Kraftfahrzeugen
mit im Bodenbereich angeordneten Abgasfiltern könnte ansonsten die Gefahr bestehen,
dass es bei Abstellen eines Kraftfahrzeuges auf einem brennbaren
Untergrund, etwa auf Gras, aufgrund zu großer Hitzeabstrahlung des Gehäuses zu
einer gefährlichen
Entzündung kommen
könnte.
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Aus
der
EP 0 639 700 A1 sind
ein Abgaskatalysator und ein Dieselpartikelfilter mit einem Gehäuse bekannt,
welches aus zwei Halbschalen aus Blech gefertigt ist. Die Fertigung
aus Blech liefert ein hochfestes Gehäuse, welches auch mit dünnen Wandstärken gestaltet
werden kann. Bei dem bekannten Gehäuseteil ist es erforderlich,
insbesondere in den Bereichen der strapazierten Anschlussstutzen
eine besondere Abdichtung vorzusehen.
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Aus
der
EP 0 236 817 B1 ist
ein kastenförmiges
Gehäuse
für einen
Abgasfilter bekannt, wobei die Anschlussstutzen als Rohre in einer
Wandplatte angebracht sind. Die Wandplatte ist mit einem Abdeckblech
zu einem Deckel verbunden. Zum Bilden des Gehäuses sind insgesamt zwei Deckel
an einem kastenförmigen
Mittelteil verschraubt, wobei zahlreiche Flanschbereiche vorgesehen
sind. Aufgrund der notwendigen unterschiedlichen Materialdicken
in den Flanschbereichen ergibt sich eine erhöhte und damit unerwünschte Wärmespeicherkapazität.
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Weiter
ist es bekannt, Gehäuseschalen
für Abgasfilter
auch durch Gießen
herzustellen. Gießen ist
jedoch ein grundsätzlich
aufwändiges
Verfahren, da verfahrensbedingt beim Erkalten Schrumpfung auftritt
und Gussgrate entstehen können.
Gussteile erfordern daher eine mechanische Nachbearbeitung insbesondere der
Grate sowie zum exakten Einbringen von Bohrungen und Öffnungen.
Zudem müssen festigkeitsbedingt
gegenüber
Blech häufig
höhere Wandstärken gewählt werden,
wobei auch der Wandstärkenverlauf
aufgrund gusstechnischer Bedingungen zur Vermeidung von Lunkern
nicht frei eingestellt werden kann.
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Die
DE 692 16 325 T2 betrifft
einen Schalldämpfer
mit einem Katalysator für
eine Auspuffanlage. Der bekannte Schalldämpfer weist einen hohlen Schalldämpferkörper auf,
welcher ein topfförmiges Gehäuse und
einen Deckel umfasst. Dabei sind Unterteilungsmittel mit zwei Unterteilungswänden vorgesehen,
die quer in dem Schalldämpferkörper angeordnet
sind, um den Schalldämpferkörper in
eine erste Kammer und eine zweite Kammer aufzuteilen. Die Unterteilungswände definieren
dabei jeweils einen am Umfang liegenden Befestigungsflansch. Der Schalldämpferkörper und
der Deckel weisen ebenfalls jeweils einen Befestigungsflansch auf,
zwischen denen die am Umfang liegenden Befestigungsflansche der
ersten und zweiten Unterteilungswände eingeschichtet sind. Einer
der der Befestigungsflansche des Körpers und des Deckels bildet
einen Falz zum Befestigen des topfförmigen Körpers und des Deckels aneinander.
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Die
DE 299 00 101 U1 offenbart
ein weiteres Schalldämpfergehäuse mit
zwei Schalenteilen, die als Ziehteile aus Blech gefertigt sind und
an ihren offenen Seiten jeweils einen umlaufenden Rand aufweisen.
Zur Montage des Schalldämpfergehäuses werden
die Schalenteile in der gemeinsamen Flanschebene gefügt, wobei
die Ränder
aneinanderliegen. Die Schalenteile können durch Falzen oder Bördeln der
Ränder
umlaufend abgedichtet verbunden werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gehäuseschale eines Abgasfilters
und ein Verfahren zu dessen Her stellung anzugeben, so dass ein leichter,
effizient zu fertigender und zugleich besonders stabiler Abgasfilter
herstellbar ist.
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Die
Aufgabe wird nach der Erfindung durch eine Gehäuseschale mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
10 gelöst.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Bei
der erfindungsgemäßen Gehäuseschale ist
vorgesehen, dass der Boden und die umlaufende Umfangswand einstückig aus
einem Blech gebildet sind und der Anschlussstutzen in die Umfangswand mündet.
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Gemäß einem
Grundgedanken der Erfindung wird eine Gehäuseschale eines Abgasfilters topfförmig mit
einem geschlossenen Bodenbereich ausgebildet. Die Umfangswand weist
eine Höhe
auf, welche vorzugsweise den aufzunehmenden Kern, also den Katalysator
oder den Filterkern, zumindest weitgehend umschließt. An dieser
Umfangswand ist der Anschlussstutzen für die Zu- oder Abführung des Abgasstromes
angeordnet, so dass insgesamt der Bodenbereich geschlossen bleibt.
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Gemäß der Erfindung
lässt sich
somit eine stabile und gleichzeitig dünnwandige Gehäuseschale herstellen,
die aufgrund der Topfform keine oder zumindest kaum Stoßfugen wie
bei zusammengesetzten Gehäuseschalen
aufweist. Dies vermeidet das Problem von Abdichtungen sowie der
Ablagerung von Abgaspartikeln im Stoßfugenbereich. Derartige Ablagerungen
können
die Funktion und insbesondere die Reinigungsleistung des Abgasfilters
beeinträchtigen
und eine Gefahr der Korrosion erhöhen. Nach der Erfindung ist
es vorteilhaft, wenn insbesondere der Eckbereich zwischen dem geschlossenen Boden
und der Umfangswand mit einem gerundeten Übergang versehen ist. Dies
verhindert Ablagerungen in Eckbereichen und fördert eine bessere Durchströmung des
Abgasfilters.
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Nach
der Erfindung ist ein Durchgang für den Anschlussstutzen vorgesehen.
Vorzugsweise ist der Durchgang für
den Anschlussstutzen in der Umfangswand eingebracht und sein Rand
zu einem Aufnahmebereich umgeformt. Eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung besteht darin, dass in der Umfangswand ein weiterer
Durchgang eingebracht ist, dessen Rand zu einem Aufnahmebereich
umgeformt ist. Insbesondere wird der Rand entlang des Durchganges
an der Umfangswand mit einem definierten Radius hochgebogen. Durch
den hochgestellten Rand ist ein strömungsgünstiger, geschmeidiger Übergang
mit einem Radius herstellbar. An diesem so hochgestellten, zu einem
Aufnahmebereich umgeformten Rand kann dann der Anschlussstutzen in
einfacher und zuverlässiger
Weise angebracht werden.
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Besonders
bevorzugt ist es dabei nach der Erfindung, dass der Rand zum Bilden
des Aufnahmebereiches hochgestellt und mit einer definierten Aufnahmekontur
versehen ist. Die freie Randkante dieses Aufnahmebereiches kann
in einer Ebene liegen, so dass etwa ein zylindrisches Rohr in einfacher
Weise als Anschlussstutzen angeschweißt werden kann. Vorzugsweise
kann die Randkontur jedoch auch wellenförmig gestaltet sein. Dies er laubt
eine längere Schweißnaht und
somit eine noch zuverlässigere
Befestigung.
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Nach
der Erfindung können
mehrere Durchbrüche
in der Umfangswand vorgesehen sein. Dabei ist es erfindungsgemäß, dass
ein erster Aufnahmebereich für
den Anschlussstutzen und ein zweiter Aufnahmebereich für einen
Gewindestutzen vorgesehen sind. Die Aufnahmebereiche können in
der vorbeschriebenen vorteilhaften Weise gestaltet sein. Der Gewindestutzen
kann insbesondere ein Rohrkörper
mit einem Innengewinde sein, welcher beispielsweise das Einschrauben
eines Mess- oder Sensorelementes, insbesondere einer Lambdasonde,
erlaubt.
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Eine
besonders gute strömungsgünstige Anordnung
ergibt sich nach der Erfindung dadurch, dass die Umfangswand im
Querschnitt etwa ovalförmig
ausgebildet ist. Dabei ist vorzugsweise der Anschlussstutzen an
einer Schmalseite der ovalförmigen
Umfangswand angeordnet.
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Weiter
ergibt sich nach der Erfindung eine besonders stabile Anordnung
der Gehäuseschale dadurch,
dass am freien Rand der Umfangswand ein Flanschbereich ausgeformt
ist. Der Flanschbereich kann ebenso wie die Gehäuseschale mit dem Boden und
der Umfangswand aus einem ebenen Blech durch ein oder mehrere Umformvorgänge, insbesondere
durch Tiefziehen, hergestellt werden. Boden, Umfangswand und Flanschbereich
sind dabei einstückig
ausgebildet, was sich insbesondere für die hohe mechanische und
thermische dynamische Belastung als Gehäuseschale für einen Abgasfilter als vorteilhaft
erweist.
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Nach
der Erfindung ist es weiterhin vorteilhaft, dass der Boden geschlossen
mit einer Lagerfläche
an seiner Außenseite
ausgebildet ist, an welcher mindestens ein Befestigungselement,
insbesondere aus Blech, angebracht ist. Der Bodenbereich kann mit
einer im Wesentlichen ebenen Fläche
versehen werden, an dessen Außenseite
ein gestanztes und geprägtes
Befestigungselement angeschweißt
werden kann. Auf diese Weise kann der Abgasfilter nicht nur durch
die Anschlussstutzen sondern durch zusätzliche Befestigungselemente
gehaltert werden. Dies erhöht
die Stabilität
der Abgasanlage insgesamt.
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Die
Stabilität
wird nach der Erfindung noch weiter dadurch erhöht, dass ein oder mehrere Halteelemente,
insbesondere aus Blech, an der Umfangswand angebracht sind. Dies
schafft auch die Möglichkeit
zur Befestigung und den Einsatz der Gehäuseschale an unterschiedlichen
Kfz-Typen.
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Die
Positionierung des Katalysators oder des Filters innerhalb der Gehäuseschale
wird nach der Erfindung dadurch vereinfacht, dass in der Umfangswand
und/oder dem Boden Vorsprünge
und/oder Vertiefungen zur Positionierung eingeprägt sind.
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Nach
der Erfindung ist weiter vorgesehen, dass die Gehäuseschale
zusammen mit einem Deckel einen Katalysator- oder Filterkern umschließt und so
einen Abgasfilter bildet, so dass sich die Erfindung ausdrücklich auch
auf einen fertig montierten Abgasfilter bezieht. Der Deckel selbst
kann in bekannter Weise ausgebildet und mit einem passenden Flanschbereich
versehen sein, so dass dieser mit der Gehäuseschale zuverlässig und
dicht verbindbar, insbesondere verschraubbar ist.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
ist vorgesehen, dass ein Blech zu einer Topfform mit einem Boden
und einer umlaufenden Umfangswand umgeformt wird und dass in die
Umfangswand durch Stanzen mindestens ein Durchgang eingebracht wird,
an dessen Randbereich ein Anschlussstutzen angeschweißt wird.
Auf diese Weise lässt
sich eine Gehäuseschale
gemäß den zuvor
beschriebenen Eigenschaften in wirtschaftlicher Weise durch Kaltumformen
herstellen.
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Erfindungsgemäß ist es
besonders bevorzugt, dass das Umformen des Blechs und das Stanzen
auf einer Presse durchgeführt
wer den. Insbesondere können
die einzelnen Arbeitsschritte des Kaltumformens auf einer Transferstraße ausgeführt werden.
Die fertig geformte Gehäuseschale
kann über
entsprechende Handhabungseinrichtungen, wie Greifer, zu Endbearbeitungsstationen
wie Schweißeinrichtungen
zum Anbringen der Stutzen und Halteelemente weitergefördert werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
weiter beschrieben, welche schematisch in den Zeichnungen dargestellt
sind. In den Zeichnungen zeigen:
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1 bis 3 verschiedene
Fertigungsstadien bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen Gehäuseschale;
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4 ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Gehäuseschale;
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5 eine
Querschnittsansicht eines Anschlussstutzens für eine Gehäuseschale; und
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6 eine
perspektivische Ansicht des Anschlussstutzens von 5.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren
zur Herstellung einer Gehäuseschale 10 gemäß der Erfindung
ist betreffend einzelne Fertigungsschritte in den 1 bis 3 dargestellt.
Ausgehend von einer Blechronde 5 wird zunächst eine
etwa ovalförmige Topfform
mit einem geschlossenen Boden 12 und einer etwa rechtwinklig
dazu angeordneten Umfangswand 14 tiefgezogen. Ein Übergang 13 zwischen dem
Boden 12 und der Umfangwand 14 ist mit einem strömungstechnisch
günstigen
Radius von über
1 cm ausgebildet. Trotz des geschlossenen Bodens 12 wird
so der Bildung von Toträumen
innerhalb der Gehäuseschale
vorgebeugt. Am dem Boden 12 abgewandten Ende der Umfangswand 14 wird
ein Flanschbereich 28 gemäß 2 vorgeformt.
Der Flanschbereich 28 erstreckt sich etwa parallel zum Boden 12.
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Durch
nachfolgende Stanz- und Prägeschritte,
welche auf derselben Presse ausgeführt werden können, wird
der Flanschbereich 28 endgeformt, wobei eine hochgestellte
Randabkantung 29 sowie ein Verbindungsloch 21 ausgebildet
werden. Während die
Randabkantung 29 des Flanschbereiches 28 von der
Umfangswand 14 quer beabstandet ausgebildet ist, verläuft die
Randabkantung 29 im Bereich unterhalb eines ersten Durchbruches 18 für einen
Anschlussstutzen 16 ohne einen solchen Absatz, so dass
die Randabkantung 29 bündig
in die Umfangswand 14 übergeht.
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Der
erste Durchgang 18 ist an einer Schmalseite in die Umfangswand 14 eingestanzt.
Bei diesem Stanzen wird ein Randbereich des ersten Durchganges 18 gegenüber der
Umfangswand 14 hochgestellt, so dass ein erster Aufnahmebereich 22 gebildet
wird. Dieser Aufnahmebereich 22 weist eine definierte Randkontur 40 auf,
welche zur Befestigung, insbesondere zum Anschweißen, eines
rohrförmigen Anschlussstutzen 16 dient,
wie nachfolgend im Zusammenhang mit 4 beschrieben
wird.
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Angrenzend
an den ersten Aufnahmebereich 22 wird ein als Vorsprung 36 ausgebildeter
zweiter Aufnahmebereich 24 in die Umfangswand 14 eingeprägt. In diesen
zweiten Aufnahmebereich 24 wird ein zweiter Durchgang 20 für einen
Gewindestutzen 26 eingestanzt. Zur definierten Positionierung
eines Filter- oder Katalysatorkerns innerhalb der topfförmigen Gehäuseschale 12 werden
in die Umfangswand mehrere Vertiefungen 38 eingeprägt, von
welchen in 3 lediglich eine Vertiefung 38 dargestellt
ist. Gleichzeitig wird der Boden 12 zu einer ebenen Lagerfläche 30 ausgeformt.
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Zur
Fertigstellung der Gehäuseschale 10, wie
sie in 4 dargestellt ist, wird an die bodenseitige Lagerfläche 30 ein
Befestigungselement 32 angeschweißt. Das Befestigungselement 32 stellt
ein Blechteil dar, welches durch Stanzen und Biegen hergestellt
und mit Haltebuchsen versehen ist. Zur weiteren Befestigung der
Gehäuseschale 10 als
Teil einer Abgasanlage an einem Kraftfahrzeug sind entlang der Außenseite
verschiedene Halteelemente angeschweißt. Diese sind ebenfalls vorzugsweise aus
Blech gebildet. Am ersten Aufnahmebereich 22 mit der wellenförmigen Randkontur 40 ist
der rohrförmige
Anschlussstutzen 16 angeschweißt. Dieser dient als Einlass
oder Auslass zum Anschluss an eine Abgasanlage. Der korrespondierende
Auslass beziehungsweise Einlass kann am nicht dargestellten Deckel
vorgesehen sein, welcher zum Verschließen der Gehäuseschale 10 an dem
Flanschbereich 28 montiert werden kann.
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An
einem zweiten Aufnahmebereich 24 an der Umfangswand 14 ist
ein massiver Gewindestutzen 26 mit einem Innengewinde angeschweißt. An dem
Gewindestutzen 26 kann ein Messelement, insbesondere eine
Lambdasonde, eingeschraubt werden, so dass Messwerte über den
zweiten Durchgang 20, betreffend den Abgasstrom, erhalten
werden können.
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In
den 5 und 6 ist der Anschlussstutzen 16 näher beschrieben.
Aus einem rohrförmigen
Grundkörper 44 wird
dieser spanlos hergestellt. Dabei wird ein erster Randbereich durch
mehrfaches Abkanten zu einem rohrförmigen Innenstutzen 46 und
einen etwa radial vorstehenden Außenflansch 50 umgeformt.
Die andere freie Seite des Rohrgrundkörpers 44 wird mit
einer Randkontur 42 versehen, welche zu der Randkontur 40 an
dem ersten Aufnahmebereich 22 der Umfangswand 14 korrespondiert.