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Die Erfindung betrifft eine Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Zur Behandlung, insbesondere zur Reinigung, von Abgasen von Verbrennungsmaschinen, z.B. Dieselmotoren eines Personenkraftwagens, ist es bekannt, in einer Abgasleitung poröse, gasdurchlässige Substrate in einem geschlossenen Gehäuse anzuordnen, so daß das Substrat vom Abgas durchströmt wird.
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Hierzu ist es bekannt, das Substrat in die Form eines Hohlkörpers mit einer oder mehreren Wandungen zu bringen, wobei der Hohlkörper so im Gehäuse angeordnet ist, daß das Abgas auf jeden Fall mindestens eine Wand des Hohlkörpers durchströmen muß, um vom Eingang des Gehäuses zu dessen Ausgang zu gelangen.
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Mögliche Geometrien für den Hohlkörper sind z.B. die Verwendung von zwei umgekehrt ineinandergesteckten Kegelstümpfen oder von zwei konzentrisch zueinander angeordneten Zylindern.
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Als Substrat für den Hohlkörper werden z.B. Platten aus einem Metallschaum, einem Metallschwamm oder auch einer metallischen Hohlkugelstruktur eingesetzt, die mit einem katalytisch wirkenden Material beschichtet sein können. Eine Abgasbehandlung kann z.B. durch chemische Umsetzung, durch mechanische Abscheidung von mit dem Abgas mitgeführten Partikeln, z.B. Rußpartikeln, in den Poren des Substrats, oder einer Kombination verschiedener Verfahren erfolgen.
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Der Hohlkörper, insbesondere ein solcher aus Metallschaumplatten, und das meist aus Metallblech bestehende Gehäuse haben jedoch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten, die sich bei Abgastemperaturen, die mehrere hundert Grad Celsius betragen können, bemerkbar machen. Erschwerend kommt hinzu, daß das Substrat relativ spröde ist und daher durch unterschiedliche Längenausdehnungen von Hohlkörper und Gehäuse stark beansprucht wird.
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In der gattungsgemäßen
US 4 004 887 A ist eine Abgasbehandlungsvorrichtung gezeigt, in der zur Fixierung eines monolithischen Keramiksubstrats ein ringförmiges, in ein Gehäuse eingesetztes Wandelement verwendet wird, das radial abstehende Arme aufweist, die federnd an der Gehäuseinnenwand anliegen.
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Die
US 4 353 873 A zeigt generell ein in Axialrichtung flexibles Wandelement zur Fixierung eines Keramiksubstrats.
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Aufgabe der Erfindung ist es nun, einen Weg vorzustellen, der den unterschiedlichen Dimensionen von Hohlkörper und Gehäuse auf einfachem Weg Rechnung trägt.
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Dies wird erreicht durch eine Abgasbehandlungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die unterschiedlichen Dimensionen, die z.B. durch unterschiedliche Längenausdehnungen von Hohlkörper und Gehäuse hervorgerufen werden, werden durch das Wandelement ausgeglichen, so daß eine übermäßige Belastung des Substrats des Hohlkörpers vermieden wird.
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Das Wandelement ist in Form eines inneren ringförmigen Segments und eines äußeren ringförmigen Segments gestaltet, die über wenigstens zwei Stege miteinander verbunden sind. Die axiale Flexibilität wird dabei über die Stege erreicht, so daß sich das innere ringförmige Segment in Axialrichtung gegenüber dem äußeren ringförmigen Segment bewegen kann. Über Anzahl, Form, Abmessungen und Materialstärke der Stege kann sowohl die maximale Auslenkung des inneren ringförmigen Segments gegenüber dem äußeren als auch die zur Auslenkung benötigte Kraft einfach und in einem weiten Rahmen eingestellt werden.
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Der Hohlkörper ist am inneren ringförmigen Segment befestigt. Das äußere ringförmige Segment ist hingegen bevorzugt am Gehäuse befestigt. Auf diese Weise ist die axiale Beweglichkeit des Hohlkörpers gegenüber dem Gehäuse sichergestellt, während sowohl die Befestigung des Hohlkörpers am Wandelement als auch die des Wandelements am Gehäuse ohne jegliches Spiel erfolgt.
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Das Wandelement ist vorzugsweise im Inneren des Gehäuses angeordnet, z.B. nach Art einer Trennwand. Es ist bevorzugt nicht Teil eines Außengehäuses der Abgasbehandlungsvorrichtung.
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Um ihre Flexibilität zu erhöhen, können die Stege wenigstens einen in Radialrichtung aus der Ebene des Wandelements heraus gekrümmten Abschnitt aufweisen. In Radialrichtung betrachtet weist der Steg z.B. eine Wellenform mit einem oder mehreren Bergen und Tälern auf. Diese Formgebung erhöht die Flexibilität in Axialrichtung.
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Um den Hohlkörper zu befestigen, ist am Wandelement z.B. ein axialer Fortsatz ausgebildet, an dem das Ende des Hohlkörpers fixiert ist. Diese Art der Befestigung bietet dem Substrat des Hohlkörpers eine große Auflagefläche und somit ist es möglich, eine Befestigung zu verwenden, die über den Umfang des Hohlkörpers gesehen einen gleichmäßigen Druck auf das Substrat ausübt.
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Der axiale Fortsatz ist vorzugsweise exakt an den Durchmesser des Endes des Hohlkörpers angepaßt. Dies kann durch eine Kalibrierung des Hohlkörpers auf die Maße des Fortsatzes oder auch durch eine Kalibrierung der Maße des Fortsatzes auf die des Hohlkörpers erfolgen.
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Bevorzugt ist das Wandelement im Bereich eines Übergangs eines Einlaßbereichs zu einem Durchströmbereich des Gehäuses oder im Bereich des Übergangs vom Durchströmbereich zu einem Auslaßbereich des Gehäuses befestigt. Hierbei kann das Wandelement auch als innere Trennwand und zur Strömungslenkung dienen, wobei die Zwischenräume zwischen dem inneren und dem äußeren Ringsegment gezielt einen Einströmschlitz in den Hohlkörper bestimmen, durch den das Abgas in den Hohlkörper geleitet wird.
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Es ist möglich, ein flexibles Wandelement nur an einem Ende des Hohlkörpers oder an beiden Enden des Hohlkörpers vorzusehen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele, mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
- - 1 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Abgasbehandlungsvorrichtung;
- - 2 eine schematische Schnittansicht eines Abschnitts einer erfindungsgemäßen Abgasbehandlungsvorrichtung mit einem flexiblen Wandelement;
- - - 3 das flexible Wandelement in 2 in einer perspektivischen Darstellung;
- - - 4 bis 8 schematisch eine erste Variante der Befestigung eines Hohlkörpers einer erfindungsgemäßen Abgasbehandlungsvorrichtung in einem Gehäuse;
- - - 9 bis 14 schematisch eine zweite Variante der Befestigung eines Hohlkörpers einer erfindungsgemäßen Abgasbehandlungsvorrichtung in einem Gehäuse;
- - - 15 eine schematische Darstellung einer weiteren Variante einer Befestigung eines Hohlköpers im Gehäuse einer erfindungsgemäßen Abgasbehandlungsvorrichtung;
- - - 16 und 17 jeweils einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Abgasbehandlungsvorrichtung mit einem Stützkörper;
- - - 18 einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Abgasbehandlungsvorrichtung mit einem Strömungsleitelement;
- - - 19 ein Wandelement mit einem Strömungsleitelement wie in 16 in einer schematischen perspektivischen Darstellung;
- - - 20 eine schematische Schnittansicht eines Gehäuses einer erfindungsgemäßen Abgasbehandlungsvorrichtung; und
- - - 21 eine schematische Schnittansicht eines Abschnitts einer erfindungsgemäßen Abgasbehandlungsvorrichtung.
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1 zeigt eine Abgasbehandlungsvorrichtung 10 für eine Verbrennungsmaschine. Die Abgasbehandlungsvorrichtung 10 ist in eine Abgasleitung eingesetzt, die hier nur schematisch an den beiden äußeren Enden der Abgasbehandlungsvorrichtung 10 angedeutet ist, und liegt im Abgasstrom, der durch diese Abgasleitung fließt. Sie weist ein Gehäuse 12 auf, mit einem auf der in 1 in der linken Seite gelegenen, trichterförmigen Einlaßbereich 14, einem sich daran in Strömungsrichtung anschließenden Durchströmbereich 16 sowie einem sich in Strömungsrichtung an den Durchströmbereich 16 anschließenden, trichterförmigen Auslaßbereich 18, der in 1 auf der rechten Seite des Gehäuses 12 gelegen ist. Das Gehäuse 12 ist nach außen abgedichtet und auch gasdicht mit der Abgasleitung verbunden, so daß sämtliches Abgas durch das Gehäuse 12 strömen muß. Das Gehäuse 12 ist vorteilhaft aus einem temperatur- und formbeständigen Metallblech geformt.
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Im Gehäuse 12 ist ein Hohlkörper 20 aufgenommen, der im Strömungsweg des Abgases liegt, so daß das Abgas mindestens eine Wand des Hohlkörpers 20 durchströmen muß, um vom Einlaßbereich 14 zum Auslaßbereich 18 zu gelangen. Der Hohlkörper 20 besteht hier aus mehreren Lagen eines gasdurchlässigen Substrats, z.B. aus Metallschaum-, oder Metallschwammplatten oder Platten aus einer metallischen Hohlkugelstruktur bzw. einem beliebigen anderen geeigneten Substratmaterial.
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Die Abgasbehandlungsvorrichtung 10 kann z.B. ein Partikelfilter sein, in dem Rußpartikel aus dem Abgas ausgefiltert werden. Das Substrat des Hohlkörpers 20 ist in diesem Beispiel mit einem katalytisch wirkenden Material beschichtet, wie dies bei ähnlichen Vorrichtungen bekannt ist.
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Der Hohlkörper 20 ist in den vorliegend gezeigten Fällen aus zwei Elementen in Form zweier umgekehrt ineinander gesteckter Kegelstümpfe gebildet. An einem ersten Ende 22 (in 1 links) weist der Hohlkörper 20 zwei konzentrisch ineinander liegende, ringförmige Stirnseiten 24, 26 auf. Auf der gegenüberliegenden Seite hat der Hohlkörper 20 an einem zweiten Ende 28 (in 1 rechts) eine einzige, ringförmige Stirnseite 30, in der beide Elemente des Hohlkörpers aufeinanderliegen.
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Jedes der Elemente des Hohlkörpers 20 besteht in den gezeigten Beispielen aus drei Lagen von Substratplatten, die unterschiedliche Eigenschaften, z.B. eine unterschiedliche Porosität, aufweisen können.
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Der Hohlkörper 20 ist an beiden Enden 22, 28 jeweils an einem vollständig innerhalb des Gehäuses 12 liegenden Wandelement 32, 34 befestigt, wobei beide Wandelemente 32, 34 senkrecht zur Axialrichtung A ausgerichtet sind. Das erste Wandelement 32 befindet sich am Übergang vom Einlaßbereich 14 zum Durchströmbereich 16, während sich das zweite Wandelement 34 am Übergang vom Durchströmbereich 16 zum Auslaßbereich 18 befindet. Beide Wandelemente 32, 34 bestehen in diesem Beispiel aus einem temperaturbeständigen Metallblech. Sie sind mit der Außenwand des Gehäuses 12 fest und ohne Spiel verbunden.
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Die Wandelemente 32, 34 lassen jeweils Durchströmabschnitte 36 offen, die einlaßseitig eine im wesentlichen ringförmige Einströmöffnung 37 bilden, durch die das einströmende Gas gezielt in den Zwischenraum zwischen den beiden Elementen des Hohlkörpers 20 eingeleitet wird, bzw. auslaßseitig Ausströmöffnungen, durch die das Gas aus dem Inneren und der Umgebung des Hohlkörpers 20 wieder abgeleitet wird. Auf die Gestaltung der Wandelemente 32, 34 und die Befestigung des Hohlkörper 20 an diesen wird im folgenden detaillierter eingegangen.
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Das Gehäuse 12 selbst kann durch seine Formgebung zur Optimierung der Gasströmung durch die Abgasbehandlungsvorrichtung 10 beitragen. Auch dies wird im folgenden noch im Detail dargestellt.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist das zweite Wandelement 34 in Axialrichtung A flexibel ausgebildet. Ein derartiges Wandelement 34 ist z.B. in den 2 und 3 gezeigt. Zu diesem Zweck weist das Wandelement 34 ein inneres ringförmiges Segment 38 und ein äußeres ringförmiges Segment 40 auf, die durch mehrere Stege 42, in diesem Beispiel drei, die gleichmäßig über den Umfang des Wandelements 34 verteilt sind, miteinander verbunden sind. In jedem der Stege 42 sind hier in Radialrichtung r gesehen zwei direkt aneinander anschließende gekrümmte Abschnitte 44 in Form von einem Wellenberg und einem Wellental ausgebildet, die in Axialrichtung A bzw. in die dazu entgegengesetzte Richtung gerichtet sind. Durch diese Geometrie wird eine Flexibilität des inneren ringförmigen Segments 38 gegenüber dem äußeren ringförmigen Segment 40 in Axialrichtung A erreicht, die sich darin äußert, daß sich das innere ringförmige Segment 38 gegenüber dem äußeren ringförmigen Segment 40 um einen vorbestimmten Weg in Axialrichtung A und in die dazu entgegengesetzte Richtung bewegen kann. Dieser axiale Ausgleichsweg beträgt vorzugsweise etwa 1 mm. Auf diese Weise läßt sich eine Kompensation der Längendifferenzen zwischen dem Gehäuse 12 und dem Hohlkörper 20 aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten von Gehäuse 12 und Hohlkörper 20 erreichen. Es ist auch möglich, herstellungsbedingte Toleranzen in den Abmessungen von Hohlkörper 20 und Gehäuse 12 auf diese Weise auszugleichen.
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Die Stege 42 können auch eine andere, die gewünschte Flexibilität sicherstellende Form aufweisen.
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Das innere und das äußere ringförmige Segment 38, 40 können in derselben Ebene oder in Axialrichtung A leicht gegeneinander versetzt angeordnet sein.
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Nachdem bei der Montage der Abgasbehandlungsvorrichtung 10 der Hohlkörper 20 am Wandelement 34 befestigt wurde, wird dieses an seine endgültige axiale Position gebracht (angedeutet in 13) und mit der Gehäuseaußenwand fest verschweißt oder verlötet (angedeutet in 14 durch die Schweißnaht 35).
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Auch das erste Wandelement 32 könnte auf geeignete Weise flexibel gestaltet sein.
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Die 4 bis 15 zeigen verschiedene Varianten zur Befestigung des Hohlkörpers 20 am Gehäuse 12. Einige Beispiele zur Befestigung werden im nachfolgenden ausführlicher beschrieben. Es sind jedoch auch alle anderen geeigneten Befestigungsverfahren anwendbar.
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In 4 ist eine Befestigung des in 1 rechten Endes 28 gezeigt. Die Begrenzung des inneren Freiraums 46 des Wandelements 34 ist als in Axialrichtung A vorstehender, umlaufend ausgebildeter Flansch 48 gestaltet. An diesem Flansch 48 ist das Ende 28 des Hohlkörpers 20 befestigt. Im gezeigten Fall (siehe z.B. 2) liegt der Flansch 48 radial innerhalb des Hohlkörpers 20, so daß dieser entlang seines Umfangs überall auf dem Flansch 48 aufliegt.
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Um das Ende 28 des Hohlkörpers 20 am Flansch 48 zu befestigen, ist radial außerhalb des Hohlkörpers 20 ein flexibles Befestigungsmittel 50 einer Befestigungsbaugruppe angeordnet. Das flexible Befestigungsmittel 50 ist vorzugsweise zumindest in radialer Richtung r, möglichst aber auch in axialer Richtung A in gewissem Maß flexibel, d.h. elastisch komprimierbar, ausgebildet. Das flexible Befestigungsmittel 50 kann z.B. ein Drahtgestrick sein (wie im vorliegenden Beispiel), aber auch eine Lagermatte, wie sie zum Befestigen von Einlegern in Gehäuse von Abgasbehandlungsvorrichtungen bekannt ist, oder eine Fasermatte.
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Der Sinn des flexiblen Befestigungsmittels 50 der Befestigungsbaugruppe liegt darin, die Anpreßkräfte auf das spröde Substrat des Hohlkörpers 20 entlang dessen Umfang und über die Fläche der Befestigung möglichst gleichmäßig zu verteilen und so Beschädigungen des Hohlkörpers 20 zu verhindern. Außerdem kann es das Setzen des Materials des Hohlkörpers 20 während der Lebensdauer der Abgasbehandlungsvorrichtung 10 ausgleichen, so daß die Klemmkraft in etwa konstant bleibt. Das flexible Befestigungsmittel 50 kann auch die Funktion eines Toleranzausgleichs zwischen dem Hohlkörper 20 und dem Gehäuse 12 übernehmen.
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Radial außerhalb des flexiblen Befestigungsmittels 50 ist ein festes Befestigungsmittel 52 angeordnet, das ebenfalls Teil der Befestigungsbaugruppe ist und hier durch ein Metallband gebildet ist. Flexibles Befestigungsmittel 50 und festes Befestigungsmittel 52 sind hier zwei separate Bauteile, die erst beim Zusammenbau der Abgasbehandlungsvorrichtung 10 zusammengebracht werden.
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Zur Befestigung des Hohlkörpers 20 am Wandelement 34 wird das Ende 28 des Hohlkörpers 20 auf den Flansch 48 aufgesteckt, wobei eventuell eine Kalibrierung stattfindet, also die Abmessungen des Endes 28 an die des Flansches 48 angepaßt werden (oder umgekehrt). Dann wird das flexible Befestigungsmittel 50 um das Ende 28 herumgelegt, so daß ein umfangsmäßig geschlossener Drahtgestrickring das Ende 28 umgibt. Schließlich wird das feste Befestigungsmittel 52 um diese Baugruppe herumgelegt und unter Spannung gebracht, wie dies herkömmlich bekannt ist. Die Enden des Metallbands des festen Befestigungsmittels 52 werden aneinander befestigt, z.B. durch Schweißen, so daß die Baugruppe durch die Klemmung am Flansch 48 gehalten ist.
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Alternativ oder zusätzlich kann auch auf der Innenseite, also zwischen dem Flansch 48 und dem Ende 28 des Hohlkörpers 20, ein flexibles Befestigungsmittel 53 der Befestigungsbaugruppe angeordnet sein (siehe 6).
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Es wäre auch möglich, das Ende 28 des Hohlkörpers 20 radial innenliegend vom Flansch 48 anzuordnen und einen Spannring, ähnlich dem beschriebenen Metallband, als radial zuinnerst liegendes festes Befestigungsmittel vorzusehen, der die nötige Klemmkraft für den Zusammenhalt der Bauteile aufbringt.
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Das feste Befestigungsmittel 52 kann mit dem zweiten Wandelement 34 verschweißt oder verlötet sein.
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Eine analoge Befestigung wie die über den Flansch 48 am zweiten Wandelement 34 ist natürlich auch für die Befestigung des ersten Endes 22 des Hohlkörpers 20 am ersten Wandelement 32 möglich. In den z.B. in den 1, 15, 16, 17, 18 und 21 gezeigten Beispielen sind am Wandelement 32 zwei konzentrisch umeinander liegende Flansche 48a, 48b vorgesehen, die jeweils zur Befestigung eines der axialen Enden der beiden Elemente des Hohlkörpers 20 dienen. Jedes der Enden der Hohlkörperelemente ist jeweils über ein ringförmiges flexibles Befestigungsmittel 50 und ein dieses umgreifendes ring- oder bandförmiges festes Befestigungsmittel 52 analog zur oben beschriebenen Vorgehensweise befestigt.
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In 15 ist eine Variante gezeigt, bei der das feste Befestigungsmittel 52 am Wandelement 32 angeschweißt ist.
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Bei der in den 7 und 8 gezeigten Ausführungsform liegt zwischen der Außenoberfläche des Endes 28 des Hohlkörpers 20 und der radial innenliegenden Fläche des flexiblen Befestigungsmittels 50 eine Gleitschicht 56, z.B. eine geeignete Beschichtung, eine geeignete glatte Folie oder ein glattes Drahtgestrick, die ein Verschieben des flexiblen Befestigungsmittels 50 entlang des Umfangs des rauhen Substrats des Hohlkörpers 20 erlaubt. Ein Ineinanderhaken eventueller rauher Oberflächen des Hohlkörpers 20 und des flexiblen Befestigungsmittels 50 wird so verhindert. Auf diese Weise kann sich das flexible Befestigungsmittel 50 bezüglich des Höhlkörpers 20 verschieben und die Anzugskräfte beim Schließen des festen Befestigungsmittels 52 können besser verteilt werden.
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Die Gleitschicht 56 ist speziell an den Enden 22, 28 des Hohlkörpers 20 und nur in diesen Bereichen vorgesehen.
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Am Ende 22, das dem Einlaßende des Hohlkörpers 20 entspricht, bietet es sich gerade für die Befestigung des äußeren der beiden Hohlkörperelemente an, daß die Funktion des festen Befestigungsmittels 52 durch einen entsprechend geformten Abschnitt der Gehäuseaußenwand, z.B. der Wand des Durchströmbereichs 16 übernommen wird (siehe 20 und 21).
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In diesem Fall wird die Außenwand des Gehäuses 12 um das notwendige vorbestimmte Maß verformt, um eine sichere Befestigung des Hohlkörpers 20 und eine Klemmung des dazwischenliegenden flexiblen Befestigungsmittels 50 zu erzielen.
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In den 9 bis 14 ist eine weitere Variante gezeigt, um den Hohlkörper 20 im Gehäuse 12 zu befestigen.
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Hierbei ist das flexible Befestigungsmittel 150 als ringförmiges Profil gebildet, das am Ende 22 des Hohlkörpers 20 das Ende des äußeren Hohlkörperelements umfaßt. Es liegt in Axialrichtung A zwischen der Stirnseite 24 des Endes und dem ersten Wandelement 32. Das flexible Befestigungsmittel 150 wird wiederum von einem festen Befestigungsmittel 152 umfaßt, das als auf die Form des flexiblen Befestigungsmittels 150 abgestimmtes Profil ausgebildet ist. Das feste Befestigungsmittel 152 liegt zwischen dem flexiblen Befestigungsmittel 150 und dem ersten Wandelement 32 und ist fest am Wandelement 32 befestigt. Auch das Ende des inneren Hohlkörperelements kann entsprechend eingefaßt und über ein festes Befestigungsmittel 152 am Wandelement 32 befestigt sein.
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Das andere Ende 28 des Hohlkörpers 20 ist ebenfalls entsprechend eingefaßt. Allerdings sind dort für das flexible Befestigungsmittel 150 zwei Profile oder ein Profil in Form einer 3, mit zwei Ausnehmungen vorgesehen, so daß jedes Element des Hohlkörpers 20 separat gefaßt ist (siehe 10).
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Das feste Befestigungsmittel 152 hingegen ist ein Profil mit nur einer Ausnehmung, so daß das Ende 28 des Hohlkörpers 20 komplett eingefaßt ist. Hierbei liegt das flexible Befestigungsmittel 150 zwischen der Stirnseite 30 des Hohlkörpers 20 und der Stirnseite des festen Befestigungsmittels 152.
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Das flexible Befestigungsmittel 150 ist vorzugsweise nur durch Klemmung im festen Befestigungsmittel 152 gehalten. Das flexible Befestigungsmittel 150 kann aber auch mit dem Substratmaterial des Hohlkörpers 20 z.B. verschweißt, verlötet oder verklebt sein.
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Im gezeigten Beispiel sind sowohl flexibles Befestigungsmittel 150 als auch festes Befestigungsmittel 152 als umfangsmäßig geschlossen umlaufende, ringförmige Profile ausgebildet, so daß die Stirnseiten 24, 30 des Hohlkörpers 20 komplett geschützt sind.
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Das feste Befestigungsmittel 152 kann in radialer Richtung r durch Zusammenpressen auf die Abmessungen des Endes 22, 28 des Hohlkörpers 20 kalibriert werden.
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Das feste Befestigungsmittel 152 ist jeweils am Wandelement 32, 34 befestigt (10), z.B. durch eine Schweißnaht. Eine Befestigung auf andere Weise, z.B. durch Löten oder Kleben, ist auch möglich.
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In 12 ist eine Variante gezeigt, bei der ein Schenkel des Profils des festen Befestigungsmittels 152 über ein Trägerelement 60 befestigt ist.
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Das Trägerelement 60 ist einerseits an einem Schenkel des durch das starre Profil gebildeten festen Befestigungsmittels 152 verschweißt und andererseits durch eine Schweißnaht mit dem zweiten Wandelement 34 fest verbunden. Das Trägerelement 60 kann ein an die Dimension des Endes 28 des Hohlkörpers 20 angepaßter Blechring sein, es könnte sich aber auch um mehrere separate Trägerelemente 60 handeln, die über den Umfang des Endes 28 des Hohlkörpers verteilt sind. Anstatt einer Schweißverbindung kann hier auch eine Löt- oder Klebeverbindung eingesetzt werden.
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Sowohl das Wandelement 32 als auch das Wandelement 34 können flexibel ausgebildet sein, müssen dies aber nicht.
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Es ist möglich, wie in den 16 und 17 gezeigt, in den innersten Hohlraum 54 des Hohlkörpers 20 einen an diese Form angepaßten Stützkörper 57 einzufügen. Der Stützkörper 57 besteht z.B. aus einem Lochblech oder einem anderen formstabilen und belastbaren, aber gasdurchlässigen Werkstoff. Beide axialen Enden des Stützkörpers 57 sind vorzugsweise offen. Die innerste Wandung des Hohlkörpers 20 stützt sich am Stützkörper 57 ab.
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Zur Befestigung kann der Stützkörper 57, wie in 17 gezeigt ist, über ein entsprechend vorgebogenes Ringelement 58 unter Vorspannung am zweiten Wandelement 34 anliegen, und das Ringelement 58 kann am Wandelement 34 z.B. angeschweißt sein.
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Die Gasdurchlässigkeit kann z.B. entlang der Axialrichtung A variieren, wie dies in 17 durch die Verteilung der Öffnungen angedeutet ist. Durch die unterschiedliche Perforation bzw. Porosität des Stützkörpers 57 läßt sich die Gasströmung und die Verteilung der Partikelablagerung beeinflussen.
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Das erste Wandelement 32 beschränkt den Strömungsquerschnitt des Gehäuses 12 auf eine (nur durch in Radialrichtung r verlaufende Stege 42 unterbrochene) ringförmige Einströmöffnung 37, siehe z. B. 1, die im wesentlichen dem Ringspalt zwischen den Enden der Hohlkörperelemente entspricht. Durch die Einströmöffnung 37 gelangt im gezeigten Beispiel Abgas aus dem Einlaßbereich 14 in den Durchströmbereich 16.
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In den 18 bis 21 sind verschiedene Möglichkeiten gezeigt, die Strömung im Gehäuse 12 der Abgasbehandlungsvorrichtung 10 gezielt zu beeinflussen.
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In der in 18 dargestellten Variante ist ein kegelförmiges Strömungsleitelement 70 im Einlaßbereich 14 angeordnet, das den Abgasstrom zur ringförmigen Einströmöffnung 37 des ersten Wandelements 32 leitet. Damit gelangt das einströmende Abgas ohne Aufprall auf einer zur Strömungsrichtung senkrechten Wand direkt in den Ringspalt, der auf der Einströmseite von den beiden Elementen des Hohlkörpers 20 gebildet ist.
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Die Spitze des Kegels des Strömungsleitelements 70 ist abgerundet. Das kegelförmige Strömungsleitelement 70 ist am ersten Wandelement 32 befestigt. Es kann als separates Bauteil am Wandelement 32 angeordnet sein oder auch einen einstückigen Bestandteil des Wandelements 32 bilden. Das Strömungsleitelement 70 läßt sich einfach aus Blech durch Ziehen fertigen.
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Das Strömungsleitelement 70 verschließt sinnvollerweise die Öffnung 72 des Inneren des Flansches 48b, da an dieser Stelle ja kein Gas in den Durchströmbereich 16 gelangen soll.
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Die Geometrie des ersten Wandelements 32 ist detaillierter in 19 dargestellt. Wie beim oben beschriebenen zweiten Wandelement 32 sind ein inneres ringförmiges Segment 38 und ein äußeres ringförmiges Segment 40 vorgesehen, die über drei entlang des Umfangs verteilte Stege 42 miteinander verbunden sind. Die beiden sich auf der vom Strömungsleitelement 70 abgewandten Seite des Wandelements 32 erstreckenden Flansche 48a und 48b am inneren bzw. äußeren ringförmigen Segment 38, 40 sind in 19 jeweils von den Elementen des Hohlkörpers 20 und den festen Befestigungsmitteln 52 überdeckt.
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Zur Unterstützung der Lenkung der Strömung kann das Gehäuse 12 im Bereich des Einlaßbereichs 14 stromlinienförmig gestaltet sein, wie dies in 20 dargestellt ist. 20 ist eine schematische Ansicht der Abgasbehandlungsvorrichtung 10, bei der die nicht dargestellten der oben geschilderten Elemente lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen wurden.
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In diesem Fall ist vorzugsweise das erste Wandelement 32 entsprechend an die Dimensionen des Einlaßbereichs 14 angepaßt.
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Die Außenwand des Einlaßbereichs 14 läuft strömungsmäßig günstig geschwungen zum ersten Ende 22 des Hohlkörpers 20 und ist mit dem ersten Wandelement 32 verbunden. An das Ende des Einlaßbereichs 14 schließt sich der Anfang des Durchströmbereichs 16 an, wobei auch die Wand des Durchströmbereichs 16 in unmittelbarer Nähe zum Ende 22 des Hohlkörpers 20 mit dem ersten Wandelement 32 verbunden ist.
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Ziel dieser Gestaltung ist es, einen Totraum in radialer Richtung r zwischen dem einströmseitigen Ende 22 des Hohlkörpers 20 und der Innenseite der Wandung des Durchströmbereichs 16 zu vermeiden.
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In Axialrichtung A weitet sich das Gehäuse 12 im Durchströmbereich 16 trichterförmig auf. Dabei können die Wände eine lineare Steigung aufweisen, so daß sich der Durchströmbereich 16 konisch erweitert, oder auch eine geschwungene Form. Der Querschnitt des Durchströmbereichs 16 kann kreisrund, oval oder polygonförmig (vorzugsweise mit abgerundeten Ecken) sein oder eine beliebige freie Form aufweisen. Die Gestalt des Durchströmbereichs 16 kann der Fachmann nach strömungstechnischen Überlegungen dem jeweiligen Anwendungszweck angepaßt ermitteln.
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Der Bereich des Gehäuses 12 des Durchströmbereichs 16, der unmittelbar an das erste Wandelement 32 angrenzt, dient als festes Befestigungsmittel 152 zur Befestigung des äußeren der Hohlkörperelemente am Flansch 48a des Wandelements 32. Das Gehäuse 12 könnte auch nur im Bereich, der als festes Befestigungsmittel 152 dient, in seinem Durchmesser reduziert sein.
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Es ist auch möglich, das sich der Durchströmbereich 16 in axialer Richtung A nicht aufweitet, sondern verjüngt.
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Am Übergang vom Durchströmbereich 16 zum Auslaßbereich 18 laufen am zweiten Wandelement 34 das Ende der Wand des Durchströmbereichs 16 und der Anfang der Wand des Auslaßbereichs 18 zusammen.
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Das zweite Ende 28 des Hohlkörpers 20 ist, wie oben beschrieben, am Flansch 48 des zweiten Wandelements 34 befestigt.
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Auch hier können eines oder beide der Wandelemente 32, 34 in axialer Richtung A flexibel gestaltet sein, z.B. in der oben beschriebenen Form.
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Alle Gehäuseteile, sowohl die des Einlaßbereichs 14, die des Durchströmbereichs 16 und die des Auslaßbereichs 18 können miteinander und/oder mit den Wandelementen 32, 34 verschweißt sein, wie dies für das Gehäuse des Durchströmbereichs 16 und das erste Wandelement 32 in 21 gezeigt ist.
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Alle beschriebenen und gezeigten Merkmale sind im Ermessen des Fachmanns frei miteinander kombinierbar oder gegeneinander austauschbar. Insbesondere sind die Verwendung eines flexiblen Wandelements, die Verwendung der beschriebenen Befestigungsmethoden des Hohlkörpers sowie die beschriebenen Ausbildungen des Gehäuses zur Optimierung des Gasflusses unabhängig voneinander.
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Anstatt wie hier beschrieben aus zwei ineinander geschachtelten Kegelstümpfen könnte der Hohlkörper 20 natürlich auch anders gestaltet sein, z.B. aus zwei ineinander gesteckten Zylindern, insbesondere Kreiszylindern oder aus geraden, ebenen Plattenabschnitten zusammengesetzten Zylindern, bestehen. Anstelle der kegel- bzw. kegelstumpfförmigen Elemente könnten auch pyramiden- bzw. pyramidenstumpfförmige Elemente mit beliebig vielen Seiten verwendet werden.
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Insbesondere könnte auch nur das Äußere der beiden Elemente zylindrisch ausgebildet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Abgasbehandlungsvorrichtung
- 12
- Gehäuse
- 14
- Einlaßbereich
- 16
- Durchströmbereich
- 18
- Auslaßbereich
- 20
- Hohlkörper
- 22
- Ende
- 24
- Stirnseite
- 26
- Stirnseite
- 28
- Ende
- 30
- Stirnseite
- 32
- Wandelement
- 34
- Wandelement
- 35
- Schweißnaht
- 36
- Durchströmabschnitt
- 37
- Einströmöffnung
- 38
- Segment
- 40
- Segment
- 42
- Steg
- 44
- gekrümmter Abschnitt
- 46
- Freiraum
- 48
- Flansch
- 48a
- Flansch
- 48b
- Flansch
- 50
- flexibles Befestigungsmittel
- 52
- festes Befestigungsmittel
- 53
- Befestigungsmittel
- 54
- Hohlraum
- 56
- Gleitschicht
- 57
- Stützkörper
- 58
- Ringelement
- 60
- Trägerelement
- 70
- Strömungsleitelement
- 72
- Öffnung
