DE10339468A1 - Katalysatorkörper und Abgasanlage für einen Kleinmotor sowie Verfahren zur Herstellung des Katalysatorkörpers - Google Patents

Katalysatorkörper und Abgasanlage für einen Kleinmotor sowie Verfahren zur Herstellung des Katalysatorkörpers Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen radial durchströmbaren, ringförmigen Katalysatorkörper zum Einbau in ein Schalldämpfergehäuse eines Kleinmotors, eine Abgasanlage für einen Kleinmotor und ein Verfahren zur Herstellung des Katalysatorkörpers. Dabei besteht der Katalysatorkörper aus einer gelochten Metallfolie. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Lochungen der gelochten Metallfolie so zur Schallreduktion angepasst, dass die Metallfolie zugleich die Funktion eines herkömmlichen Reflexionskörpers übernimmt. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der den Katalysatorkörper bildenden Metallfolie sind zwischen den Lochungen Stege zur Versteifung der Metallfolie angeordnet, die so angepasst sind, dass sie ein Ausbauchen der Metallfolie im eingebauten Zustand verhindern. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Enden der Metallfolie mit einer lösbaren Formschlussverbindung verbunden. Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Katalysatorkörpers wird der Katalysatorkörper aus einem gelochten Metallfolienstreifen ringförmig gebogen. Anschließend werden die Enden des Streifens mittels einer Formschlussverbindung verbunden. Bei einem bevorzugten Herstellungsverfahren wird der gelochte Metallfolienstreifen zuvor aus Endlosware geschnitten, gestanzt oder an vorab angebrachten Perforationsstellen gebrochen. Die Herstellung aus Endlosware ermöglicht auch einen kontinuierlichen Beschichtungsprozess und insbesondere eine erhebliche Kosteneinsparung. Die auch zur ...

Description

  • Die Erfindung betrifft einen radial durchströmbaren, ringförmigen Katalysatorkörper zum Einbau in ein Schalldämpfergehäuse, eine Abgasanlage für einen Kleinmotor und ein Verfahren zur Herstellung des Katalysatorkörpers.
  • Derartige Kleinmotoren kommen beispielsweise in Rasenmähern, Motorsägen, Handsensenmaschinen, Stromaggregaten und auch in Zweirädern zum Einsatz. Aufgrund des zunehmenden Umweltbewusstseins hat sich mit der Zeit das Bedürfnis entwickelt, die Abgasreinigung und Schalldämpfung von Kleinmotoren ständig zu verbessern. Die immer strenger werdenden Emissionsvorschriften erfordern es, dass die Bauteile ständig den sich ändernden Anforderungen angepasst werden.
  • Bei der Abgasbehandlung ist es bei solchen Geräten bisher bekannt, Katalysatorkörper radialer oder axialer Bauart zur Reduktion der im Abgas enthaltenen Schadstoffen zu verwenden. Unter radial bzw. axial wird dabei die Hauptströmungsrichtung des Abgases, in welcher es den Katalysatorkörper durchströmt, verstanden. Dazu ist es ferner bekannt, derartige Katalysatorkörper in Form von Hohlzylindern vorzusehen. Diese Form ergibt sich herstellungsbedingt, strömungstechnisch oder aufgrund der vorgesehenen Befestigungsart. In der Praxis kommen insbesondere ringförmige Katalysatorkörper zum Einsatz. Derartige Ringkörper bestehen bisher meist aus gepresstem Metalldrahtgestrick oder gebogenem Metalldrahtgewebe. Bei der praktischen Anwendung hat sich jedoch herausgestellt, dass derartige Drahtstrukturen eine geringe mechanische Stabilität aufweisen, und es insbesondere im Einsatz in einem Schalldämpfergehäuse aufgrund der dort gegebenen schwingungstechnischen und strömungstechnischen Beanspruchungen und der Elastizität der Drahtstruktur zu Stauchungen und Ausbauchungen kommen kann. Bei einem unter Vorspannung in dem Schalldämpfergehäuse fixierten Katalysatorkörper ergeben sich zusätzliche Belastungen auf den Katalysatorkörper. Durch die elastischen und plastischen Verformungen einzelner Drähte bzw. des gesamten Ringkörpers löst sich die katalytisch aktive Beschichtung und der Washcoat ab, wodurch die Leistung des Katalysators herabgesetzt und dadurch die Effizienz der Schadstoffreduktion vermindert wird. Es kann auch zu einem Aneinanderreiben einzelner Drähte kommen, wodurch ein Abbröckeln bzw. Absprengen der Beschichtungen der Drähte verursacht wird. Bei Verwendung von Drahtgewebe kommt es selbst bei einer Verlötung der Drähte ebenfalls zu Abknickungen und Ausbauchungen. Zudem erfordern aus Draht bestehende geschlossene Ringstrukturen einen hohen Aufwand bei der Herstellung. Als kostspielig erweist sich ebenfalls der Transport derartig vorgefertigter Ringkörper, da aufgrund des inneren Hohlraumes ein großer Platzbedarf erforderlich ist.
  • Als weiterer Bestandteil bei bekannten Abgasanlagen von Kleingeräten wird neben dem Katalysatorkörper eine Schalldämpfungseinheit in das Schalldämpfergehäuse eingebaut. Die Schalldämpfungseinheit besteht dabei in der Regel aus einem sogenannten Reflexionskörper. Das Abgas wird in das Rohr eingeleitet und die in dem Rohr befindlichen Öffnungen bewirken eine Brechung des Schalls und somit eine Lärmreduzierung. Hinsichtlich der Anordnung von Katalysatorkörper und Schalldämpfereinheit ist es üblich diese in Reihe zu schalten, d.h. dass das Abgas nach Eintritt in das Schalldämpfergehäuse zuerst dem Reflexionskörper zugeführt wird und anschließend den Katalysatorkörper axial bzw. radial durchströmt. Bei Verwendung eines Radialkatalysators wird dieser oft koaxial und beabstandet um den Reflexionskörper herum angeordnet. Dies erfordert eine Abstimmung der geometrischen Abmessungen der anzuordnenden Bauteile, eine Vielzahl von Mitteln zur Befestigung der Bauteile und eine zeitaufwendige Montage. Zudem können die Katalysatorkörper bzw. Schalldämpfungseinheiten nicht bei jedem Abgasanlagentyp eines Kleinmotors als Ersatz für verbrauchte Bauteile eingesetzt werden.
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen radial durchströmbaren, ringförmigen Katalysatorkörper zu schaffen, welcher einfach herzustellen ist, einen geringen Platzbedarf beim Transport benötigt und gleichzeitig die Anforderungen hinsichtlich der katalytischen Wirkung und einer ausreichenden Stabilität erfüllt, so dass er während dem Einsatz in einer Abgasanlage auch formstabil bleibt. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine Abgasanlage zu schaffen, welche einen geringeren Montageaufwand hat und auch eine bessere Austauschbarkeit der Bestandteile erreicht wird. Es ist auch Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Katalysatorkörpers zu schaffen, mit dem eine zeit- und kostenmäßig effektivere Herstellung möglich ist.
  • Die Aufgabe wird für einen radial durchströmbaren, ringförmigen Katalysatorkörper dadurch gelöst, dass er aus einer gelochten Metallfolie besteht. Dadurch wird ein Katalysatorkörper mit hoher mechanischer Stabilität geschaffen, der auch einfach und kostengünstig herzustellen ist. Ferner weist die Metallfolie vor der Montage im ebenen Zustand ein geringes Volumen auf und kann so platzsparender transportiert werden. Die Stabilität der Metallfolie trägt auch dazu bei, dass aufgebrachte katalytische Beschichtungen dauerhaft halten.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Lochungen der gelochten Metallfolie so zur Schallreduktion angepasst sind, dass die Metallfolie zugleich die Funktion eines herkömmlichen Reflexionskörpers übernimmt. Die zur Schallreduktion als Ersatz für eine herkömmliche Schalldämpfungseinheit angepasste Metallfolie weist dabei neben der katalytischen Wirkung auch gute Stabilitätseigenschaften auf. Dadurch, dass die Lochungen zur Schallreduktion und zur Schadstoffreduktion angepasst sind, kann auf den Reflexionskörper verzichtet werden, wodurch ein Bauteil der Abgasanlage eingespart wird.
  • Unter dem Begriff "Metallfolie" soll jede metallische Lage verstanden werden, die so beschaffen ist, dass die vorgesehenen Lochungen eingebracht werden können und diese zu einem Ring geformt werden kann. Der Begriff "Metallfolie" beinhaltet also auch Bleche, wobei all diese Materialien auch mit einer katalytischen Beschichtung versehen werden können. Aus dem metallischen Basismaterial wird ein Streifen bestimmter Abmessungen gewonnen und in die Form eines geschlossenes Ringes gebracht.
  • Der weiterhin die Erfindung betreffende Begriff "Lochung" bezeichnet jede Art von Öffnung in der Metallfolie. Diese kann eine runde, eckige, kreisförmige, elliptische, schlitzförmige und weitere lineare bzw. nichtlineare Formen aufweisen und auf bekannte Art und Weise in die Metallfolie eingebracht werden.
  • Die Dicke der Metallfolie kann entsprechend den Anforderungen hinsichtlich der Schadstoffbehandlung, der Schallreduktion und den aus dem Gasdruck und der Befestigung im Schalldämpfergehäuse resultierenden Belastungen angepasst werden.
  • Mit der erfindungsgemäßen Metallfolie wird ein Katalysatorkörper geschaffen, welcher einfach herzustellen ist, auch als Ersatz für einen herkömmlichen Reflexionskörper dienen kann, und eine einfache Handhabung bei der Montage ermöglicht. Ferner erlaubt die zunächst ebene Metallfolie einen vereinfachten Transport mit geringerem Platzbedarf. Nach endgültiger Formgebung zu einem geschlossenen Ring wird auch eine ausreichende Stabilität zum Einsatz in einem Schalldämpfergehäuse erreicht.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform besteht darin, dass zwischen den Lochungen Stege zur Versteifung der Metallfolie angeordnet sind, die so angepasst sind, dass sie ein Ausbauchen der Metallfolie im eingebauten Zustand verhindern. Diese Verbindungsstege bzw. Materialbrücken ergeben sich somit im Zusammenspiel mit der Anordnung der Lochungen und stehen mit diesen in einem gegenseitigen Abhängigkeitsverhältnis. Die Abmessungen und die Dicken der Stege sind so zu bemessen, dass sie allen nach dem Einbau in das Schalldämpfergehäuse auftretenden Belastungen, d.h. sowohl im Ruhezustand als auch im Betrieb des Gerätes, auf Dauer widerstehen. Derartige Stege gewährleisten die Formstabilität des Katalysatorkörpers. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird dies dadurch erreicht, dass die Stege entsprechend der auf den Katalysatorkörper wirkenden Kräfte ausgerichtet sind. In der Regel treten in Richtung der Längsachse des ringförmigen Katalysatorkörpers Druckkräfte auf, insbesondere wenn dieser mit einer Vorspannung beaufschlagt im Schalldämpfergehäuse befestigt ist, wohingegen senkrecht dazu Zugkräfte auftreten können. Die Stege können auch schräg über den Umfang des ringförmigen Katalysatorkörpers verlaufen. Die so gebildete gitterartige Verstrebung stabilisiert den Katalysatorkörper und verhindert Verquetschungen oder fassförmige Ausbauchungen. In einer weiteren zweckmäßigen Ausführung sind die Stege koaxial zur Längsachse und/oder in Umfangsrichtung des Katalysatorkörpers ausgerichtet. Insbesondere bei senkrecht aufeinander stehenden Stegrichtungen wird eine optimale Verstrebung erreicht.
  • Aus den vorstehend beschriebenen Anforderungen hinsichtlich der auftretenden Belastungen sowie im Hinblick auf die Abgasbehandlung und die Montage ergeben sich bestimmte Anforderungen an die Dicke der Metallfolie. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Metallfolie eine Dicke von 0,05 mm bis 2 mm und vorzugsweise von 0,3 mm bis 1 mm auf. Die Dicke richtet sich dabei auch nach dem gewünschten inneren Hohlquerschnitt des Ringes bzw. bei kreisförmiger Ausbildung nach dem gewünschten inneren Durchmesser. Sie sollte nämlich einerseits so gewählt sein, dass die Metallfolie noch ausreichend biegsam zur Bildung der Ringform ist und andererseits aber auch eine ausreichende Formstabilität aufweist. Die Metallfolie sollte des weiteren hitzebeständig ausgeführt sein und kann dazu beispielsweise Anteile von Chrom und Aluminium aufweisen.
  • Zur Optimierung der katalytischen und/oder schalldämpfenden Wirkung ist die Metallfolie zweckmäßigerweise schnecken-, stern-, trapez- oder wellenförmig ausgebildet. Derartige Formen können einfach durch entsprechende Werkzeuge in die zunächst ebene Metallfolie eingeprägt werden.
  • Die an den Anströmkanten bewirkten Verwirbelungen erhöhen die Kontaktierung des Abgases mit der katalytischen Schicht und tragen zur Brechung des Schalles bei.
  • Zur Vereinfachung der Montage und Reduzierung der dafür notwendigen Vorrichtungen ist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Enden der Metallfolie mit einer lösbaren Formschlussverbindung verbunden sind. Dabei erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Enden der Metallfolie hakenförmig ausgebildet sind und so einfach mit wenigen Handgriffen in Eingriff gebracht werden können. Zur Ausbildung der Haken können die Enden der Metallfolie gegensinnig umgebogen werden.
  • Als lösbare Formschlussverbindung ist es ebenfalls zweckmäßig, dass das eine Ende der Metallfolie eine Ausnehmung und das andere Ende der Metallfolie ein Gegenstück zum Eingriff in die Ausnehmung aufweist. Dabei kann das Gegenstück, nachdem es in die Ausnehmung eingeführt worden ist und mit dieser in Eingriff steht, eine größere Ausdehnung als die Ausnehmung haben, so dass sich die Verbindung nicht von alleine lösen bzw. öffnen kann. Insbesondere bei der Ausgestaltung der Enden der Metallfolie mit einer Ausnehmung bzw. einem Gegenstück können diese beim Ausstanzen bzw. Ausschneiden des Metallstreifens leicht in diesen integriert werden. Die Ausnehmung und das Gegenstück können aufeinander abgestimmte Formen jeglicher linearer oder nichtlinearer Art haben, wie z.B. rechteckige, ovale oder gebogene Formen. Die vorgenannten Formschlussverbindungen können bei Bedarf auch durch fügetechnische Maßnahmen gesichert werden, indem beispielsweise in den Eckbereichen des einen Endes eine oder mehrere Punktschweißungen zur permanenten Fixierung mit dem anderen Ende der Metallfolie gesetzt werden.
  • Die Ausgestaltung der Lochungen betreffend, sind diese in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform durch Wegbiegen der Metallfolie gebildet. Dabei wird zumindest ein Teil der Umrisslinie der späteren Lochung beispielsweise durch Stanzen oder Anschneiden auf der zunächst ebenen Metallfolie vorbestimmt und anschließend das an der Stelle der herzustellenden Lochung befindliche Material so weggebogen, dass der weggebogene Teil der Metallfolie noch eine Verbindung zur Metallfolie bzw. zum angrenzenden Steg hat. Das Wegbiegen kann dabei in verschiedene Richtungen erfolgen. Die durch das Wegbiegen gebildeten Vorsprünge bewirken in Verbindung mit den Öffnungen zumindest in deren Umfeld eine zwischenzeitliche Umlenkung des Abgases von der radialen zur horizontalen Richtung. Zur gleichzeitigen Ausbildung von Distanzhaltern erfolgt das Wegbiegen in eine Richtung, beispielsweise nach außen. Alternativ können die Lochungen auch dadurch hergestellt sein, dass das an der vorgesehenen Stelle zunächst noch vorhandene Material beispielsweise durch Ausstanzen vollständig entfernt wird. Bezüglich des Anordnungsmusters der Lochungen wird grundsätzlich ein symmetrisches Muster in Farm von in Umfangsrichtung des Ringes parallel verlaufenden Reihen mit oder ohne Versatz gewählt. Eine asymmetrische bzw. unregelmäßige Verteilung der Lochungen ist allerdings ebenfalls möglich.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird für eine Abgasanlage dadurch gelöst, dass der Katalysatorkörper aus einer gelochten Metallfolie besteht. Dadurch lässt sich der Katalysatorkörper einfacher und kostengünstiger herstellen und besser in der Abgasanlage einbauen.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Katalysatorkörper aus einer gelochten Metallfolie, wobei die Lochungen der gelochten Metallfolie so zur Schallreduktion angepasst sind, dass die Metallfolie zugleich die Funktion einer herkömmlichen Schalldämpfungseinheit übernimmt. Dadurch wird die in einer Abgasanlage eines Kleinmotors benötigte Anzahl von Bauteilen zur Abgasbehandlung reduziert. Dies führt zu einer Verringerung der Herstellungskosten und des Montageaufwands sowie zu einer besseren Austauschbarkeit der Bauteile. Hierzu wird auch auf das hinsichtlich der erstgenannten Lösung zur Ausbildung des erfindungsgemäßen Katalysatorkörpers Gesagte verwiesen.
  • Vorzugsweise ist der Katalysatorkörper koaxial zu einer Einströmrichtung des Abgases in das Schalldämpfergehäuse um einen Einlass des Schalldämpfergehäuses angeordnet. Dadurch werden geeignete Strömungsverhältnisse innerhalb des Schalldämpfergehäuses und insbesondere im Hinblick auf die radiale Anströmung der Metallfolie von innen geschaffen, wodurch gute Ergebnisse hinsichtlich der Schalldämpfung und Schadstoffreduzierung erzielt werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Katalysatorkörper mit Vorspannung beaufschlagt gegen das Schalldämpfergehäuse verspannt. Zur Lagefixierung des Katalysatorkörpers vor und nach dem Verspannen sind entsprechend den Enden des Katalysatorkörpers geformte Einprägungen in den betreffenden Teilen des Schalldämpfergehäuses und/oder Zusatzteile wie Halteringe oder Halteplatten vorgesehen. Die zum Verspannen der Gehäuseteile eingesetzten Befestigungsmittel, wie z.B. Schrauben, können dabei gleichzeitig dazu dienen, das Schalldämpfergehäuse an oder in der Nähe des Kleinmotors bzw, an dem betreffenden Gerät zu befestigen. Durch das Verspannen des Katalysatorkörpers zwischen den Gehäuseteilen oder Zusatzteilen des Schalldämpfergehäuses kann auf aufwendige Befestigungsmaßnahmen innerhalb des Schalldämpfergehäuses verzichtet werden.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird für die Herstellung des erfindungsgemäßen Katalysatorkörpers dadurch gelöst, dass der Katalysatorkörper aus einem gelochten Metallfolienstreifen ringförmig gebogen wird und dann die Enden des Streifens mittels einer Formschlussverbindung verbunden werden.
  • Bei einem bevorzugten Herstellungsverfahren wird der gelochte Metallfolienstreifen zuvor aus Endlosware geschnitten, gestanzt oder an vorab angebrachten Perforationsstellen gebrochen. Die Herstellung aus Endlosware ermöglicht auch einen kontinuierlichen Beschichtungsprozess und insbesondere eine erhebliche Kosteneinsparung. Die Folien bzw. Blechstreifen können auch einzeln in Abschnitten hergestellt werden.
  • Das im Ausgangszustand ebene metallische Basismaterial kann vorab auch mit einer katalytisch aktiven Beschichtung versehen werden. Die Beschichtung kann allerdings auch nach Gewinnung der Metallfolienstreifen erfolgen. Die Enden der Metallfolie werden mit einer Formschlussverbindung beispielsweise verhakt. Zur dauerhaften Fixierung der Enden der Metallfolie können diese auch verpresst oder punktuell geschweißt werden.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen schematisch:
  • 1 eine explosionsartige Darstellung einer Abgasanlage mit einer ersten Ausführungsform der Metallfolie als radial durchströmbaren, ringförmigen Katalysatorkörper; und
  • 2 eine Draufsicht einer zweiten Ausführungsform der Metallfolie; und
  • 3a eine Draufsicht einer dritten Ausführungsform der Metallfolie; und
  • 3b eine perspektivische Ansicht eines Vorsprungs der Metallfolie gemäß 3a; und
  • 3c einen Querschnitt eines weiteren Vorsprungs der erfindungsgemäßen Metallfolie; und
  • 3d einen Querschnitt eines weiteren Vorsprungs der erfindungsgemäßen Metallfolie; und
  • 3e einen Querschnitt eines weiteren Vorsprungs der erfindungsgemäßen Metallfolie; und
  • 3f eine Draufsicht auf mehrere Schnittlinienmuster in einer erfindungsgemäße Metallfolie zur Ausbildung der Vorsprünge bzw. Lochungen; und
  • 4a eine Seitenansicht der Metallfolie gemäß 3a; und
  • 4b eine Seitenansicht einer vierten Ausführungsform der Metallfolie; und
  • 4c eine Seitenansicht einer fünften Ausführungsform der Metallfolie; und
  • 4d eine Seitenansicht einer sechsten Ausführungsform der Metallfolie; und
  • 5a einen Querschnitt einer ersten Formschlussverbindung einer Metallfolie; und
  • 5b einen Querschnitt einer zweiten Formschlussverbindung einer Metallfolie; und
  • 6 eine explosionsartige Darstellung einer weiteren Abgasanlage mit einer erfindungsgemäßen Metallfolie als radial durchströmbaren, ringförmigen Katalysatorkörper.
  • 1 zeigt in einer explosionsartigen Ansicht einen radial durchströmbaren, ringförmigen Katalysatorkörper 1 als Teil einer erfindungsgemäßen Abgasanlage 11. Der Katalysatorkörper 1 besteht dabei aus einer Metallfolie 2, welche eine Vielzahl von Lochungen 3 und Stegen 5 aufweist, wobei die Metallfolie 2 und insbesondere deren Lochungen 3 und Stege 5 zur Schallreduktion angepasst sind. Die Ausbildung der Bestandteile der Metallfolie 2 und deren Materialbeschaffenheit, Oberflächenstruktur und Abmessungen sind derart angepasst, dass die Metallfolie 2 zugleich die Funktion eines herkömmlichen Reflexionskörpers übernimmt.
  • Zur Erläuterung der Ausgestaltung der Metallfolie 2 an sich, werden im Folgenden die 2 bis 5 herangezogen. 2 zeigt die Abwicklung einer Metallfolie 30 in einer Draufsicht. Die Dicke der Metallfolie beträgt 230 μm. Die rechteckig ausgebildeten Lochungen 33 sind in drei Reihen und in symmetrischer Weise angeordnet. Zwischen den Lochungen 33 befinden sich in Längs- und Querrichtung verlaufende Materialbrücken bzw. Stege 35. Die Stege 35 zwischen der obersten bzw. untersten Reihe der Lochungen 33 und dem jeweiligen Längsseitigen Rand 38 bzw. 39 sind breiter als die Stege 35 zwischen den Lochungen 33 ausgebildet, um die Versteifung in Querrichtung zu erhöhen.
  • Dies dient auch einer ausreichenden Stabilität hinsichtlich der späteren Befestigung der Metallfolie 30. Ausgehend von der dargestellten ebenen Form wird die Metallfolie 30 zu einem ovalen bzw. elliptischen Ring gebogen. Anschließend werden die Enden 36 und 37 miteinander verbunden, so dass der Katalysatorkörper 1 entsteht. Zum Einbau in ein Schalldämpfergehäuse 4 wird die ringförmige Metallfolie 30 dann mit dessen Rändern 38 bzw. 39 an den Rückwänden 24 der Gehäuseteile 18 bzw. 19 oder an Zusatzteilen angelegt und im Schalldämpfergehäuse verspannt (siehe auch 1).
  • 3a zeigt in einer weiteren Ausführungsform eine Metallfolie 40. Hinsichtlich der Dicke der Metallfolie 40, der Anordnung der Lochungen 43 und Stege 45 gilt gleiches wie bei 2. Die Öffnungen bzw. Lochungen 43 sind hier bogenförmig ausgebildet und durch Wegbiegen der Metallfolie 40 nach oben gebildet. Die dadurch gebildeten Vorsprünge 44 dienen zur Oberflächenvergrößerung der Metallfolie 40, um eine Verwirbelung des Abgases zur Schadstoffreduzierung und auch eine Brechung des Schalls herbeizuführen. Sie können aber auch gleichzeitig als Distanzhalter dienen. Zur Ausbildung des Katalysatorkörpers 1 wird die Metallfolie 40 wiederum zu einem Ring gebogen. Anschließend werden die Enden 46 und 47 miteinander verbunden. 3b zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen Ausschnitt der Metallfolie 40 mit zwei bogenförmigen Lochungen 43 und zwei dazwischen angeordneten Laschen 48. Die Laschen 48 bzw. Vorsprünge 44 sind gleichsinnig aus der Metallfolie 40 weggebogen. Um das Wegdrücken zu ermöglichen wird die Metallfolie an den vorbestimmten Stellen vorab zumindest angeschnitten oder gestanzt. Die Laschen 48 bzw. Vorsprünge 44 können eine beliebige lineare oder nichtlineare Form annehmen.
  • Die 3c bis 3f zeigen weitere Ausführungsformen der Lochungen bzw. Vorsprünge der erfindungsgemäßen Metallfolie. Die Ausführungsformen in den 3c bis 3e sind im Querschnitt dargestellt. 3f zeigt in einer Draufsicht sechs Ausbildungsarten der anzusetzenden Schnittlinien oder Perforationsstellen. Diese ermöglichen dann ein Wegdrücken der zwischen den Schnittlinien befindlichen Metallfolienbereiche, wodurch u.a. die Lochungen und Vorsprünge gemäß der 3c bis 3e entstehen.
  • Im Detail zeigt 3c eine dachförmige bzw. V-förmige Ausbildung eines Vorsprunges 91. Das von unten anströmende Abgas durchtritt schräg oder vertikal den unterhalb der Vorsprunges 91 liegenden horizontalen Öffnungsquerschnitt und prallt an die Unterseite der beiden Schenkel 94. Von dort wird das Abgas nahezu horizontal abgelenkt und strömt über dreiecksförmige schräg oder vertikal ausgerichtete Öffnungsquerschnitte oberhalb der Metallfolienebene nach oben weg. 3d zeigt einen Vorsprung 92, wobei der schräg aus der Metallfolienebene weggebogene Schenkel 95 an seinem freien Ende waagrecht ausgerichtet ist. Das von unten anströmende Abgas wird dadurch noch stärker horizontal umgelenkt. Bei einer spiralförmigen Aufwicklung der Metallfolie kann dieser Vorsprung 92 gleichzeitig als Abstandshalter dienen. 3e stellt einen weiteren Vorsprung 93 dar, welcher durch ein Wegbiegen des betreffenden Metallfolienbereichs in entgegengesetzte Richtungen entsteht. Die schrägen Schenkel 96 und 97 bewirken wiederum einen Aufprall und eine Umlenkung des Abgases. Die Übergänge sämtlicher Schenkel 94, 95, 96, 97 untereinander bzw. in die Metallfolienebene können kantenartig oder ausgerundet ausgebildet sein. Das Abgas kann auch von oben anströmen.
  • 3f zeigt eine Draufsicht auf mehrere Schnittlinienmuster 100 bis 105 zur Ausbildung der Vorsprünge bzw. Lochungen in einer erfindungsgemäße Metallfolie. Diese Schnittlinienmuster werden durch die durchgezogen dargestellten An-, Einschnitt- bzw. Durchtrennungslinien (in folgenden Schnittlinien genannt) gebildet. Die gestrichelten Linien kennzeichnen die sich beim Wegdrücken der Metallfolienbereiche ergebenden Knickstellen. Zur Ausbildung der Vorsprünge 91, 92, 93 aus den 3c, 3d, 3e sind die Schnittlinienmuster 100, 101, 102 zu wählen. Die Schnittlinien ermöglichen also ein Wegdrücken der durch die Schnitt- und Knicklinien begrenzten Metallfolienbereiche, wodurch die schenkelartig von der restlichen Metallfolie hervorstehenden Vorsprünge entstehen. Das Schnittlinienmuster 104 eignet sich zur Ausbildung des Vorsprungs 44 gemäß 3b. Die Muster 103 und 105 stellen zusätzliche Alternativen dar. Die in den 3b bis 3f gezeigten Möglichkeiten zur Ausbildung der Vorsprünge können bei jeder im Rahmen dieser Erfindung beschriebenen Metallfolien einheitlich oder gemischt verwendet werden.
  • 4a zeigt die Metallfolie 40 aus 3a in einer schneckenförmigen Aufwicklung in einer Seitenansicht, wobei die Vorsprünge 44 auch als Distanzhalter dienen. Die Seitenansichten in den 4b bis 4d zeigen eine wellenförmige Metallfolie 50, eine sternförmige Metallfolie 60 und eine trapezförmige Metallfolie 70. Dabei können deren Lochungen 3 durch Ausstanzen, Ausschneiden, Umbiegen bzw. Wegdrücken gebildet werden. Das Abgas muss die jeweilige Lochung 3 nicht zwingend radial durchströmen, sondern kann in deren Umgebung auch geringfügig umgelenkt werden. Falls die Lochung 3 durch Wegbiegen der Metallfolie 2 so ausgebildet ist, dass die Durchtrittsfläche der Öffnung bzw. Lochung 3 schräg oder vertikal verläuft, wird das Abgas in diesem Bereich kurzfristig umgelenkt, um die Lochung 3 durchströmen zu können. Beispielsweise können die Lochungen 3 dann schräg oder vertikal verlaufen, wenn das weggedrückte Material eine Dachform annimmt. Derartige V- bzw. U-förmige aus der Ebene der Metallfolie herausgedrückte Dächer können in den Bergen oder Tälern der Metallfolien 40, 50, 60 oder 70 angeordnet sein.
  • Die 5a und 5b zeigen zwei Möglichkeiten der Ausbildung einer lösbaren Formschlussverbindung 8 zur Befestigung der beiden Enden 6 und 7 der Metallfolie 2. Dies gilt dementsprechend ebenso für alle anderen vorgenannten Metallfolien. In 5a wird die Formschlussverbindung 8 durch eine hakenförmige Ausbildung der Enden 6 und 7 der Metallfolie 2 ermöglicht. So kann die Metallfolie 2 mit wenigen Handgriffen vor dem Zusammenbau der Abgasanlage zu einem Ring gebogen und anschließend verhakt werden. In 5b ist das eine Ende 6 der Metallfolie 2 mit einer Ausnehmung 9 und das andere Ende 7 mit einem Gegenstück 10 zum Eingriff in die Ausnehmung 9 versehen. Die rechteckige Ausnehmung 9 wird durch ein Wegbiegen eines Teils der Metallfolie 2 unter Ausbildung einer Lasche 75 geschaffen. Das andere Ende 7 der Metallfolie 2 wird unter Ausbildung einer Lasche 76 als Gegenstück 10 umgebogen, so dass dieses Ende 7 nach Einfädeln des Gegenstücks 10 in die Ausnehmung 9 mit dem anderen Ende 6 in Eingriff steht. Somit kann die Formschlussverbindung 8 mit wenigen Handgriffen montiert bzw. demontiert werden. Grundsätzlich besteht aber auch die Möglichkeit, die Formschlussverbindung 8 durch eine oder mehrere Punktschweißungen für einen permanenten Halt zu fixieren.
  • Aus 1 ist weiterhin die Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Abgasanlage 11 ersichtlich. Dabei wird der Katalysatorkörper 1 durch die Metallfolie 2 gebildet. Anstelle der Metallfolie 2 kann aber auch jede andere im Rahmen dieser Erfindung beschriebene Ausführungsform der Metallfolien 30, 40, 50, 60 oder 70 in der Abgasanlage 11 verwendet werden. Aus Gründen der Vereinfachung wird lediglich die Ausführungsform mit der Metallfolie 2 erläutert.
  • Neben der Metallfolie 2, welche zugleich die Schalldämpfungseinheit einer herkömmlichen Abgasanlage bildet, sind weiterhin das aus den Gehäuseteilen 18 und 19 bestehende Schalldämpfergehäuse 4 und zwei Metallstifte 16 zu erkennen. Die Metallstifte 16 werden von Schrauben oder anderen Befestigungsmitteln zur Verspannung der Gehäuseteile 18 und 19 mit dazwischen angeordneter Metallfolie 2 durchsetzt. Die Schrauben werden zugleich zur Befestigung des Schalldämpfergehäuses 4 an oder in der Nähe eines Kleinmotors (nicht dargestellt) herangezogen. Das Gehäuseteil 18 weist an dessen Rückwand 24 einen tellerförmig eingeprägten Zentralbereich 22 auf. Darin sind ein Einlass 14 und zwei Öffnungen 23 zum Durchführen der Schrauben eingebracht. Das andere Gehäuseteil 19 weist an dessen Rückwand 24 ebenfalls einen tellerförmigen Zentralbereich 22 sowie zwei Öffnungen 23 auf. Zur Ableitung des Abgases aus dem Schalldämpfergehäuse 4 ist an einer Seitenwand des Gehäuseteils 19 ein Auslass 15 angeordnet. Zur vereinfachten Handhabung bei der Montage sollte der Außendurchmesser der ringförmig gebogenen Metallfolie 2 maximal so groß wie der Innendurchmesser des kreisförmigen Zentralbereichs 22 sein, so dass die Metallfolie 2 zumindest zur vorübergehenden Lagefixierung beim Zusammenbau der Abgasanlage 11 in den im Verhältnis zur umliegenden Rückwand versenkten tellerförmigen Zentralbereich 22 eingesetzt werden kann. Nach Einführen je einer Schraube oder ähnlicher Befestigungsmittel entlang der Achse 25 in die Öffnungen 23 des einen Gehäuseteils 18 können die Metallstifte 16 über die Schrauben geschoben werden, um anschließend die Schraubenenden in die Öffnungen 23 des anderen Gehäuseteil 19 einzuführen und dieses bis zum Anschlag an den umlaufenden Rand 20 des Gehäuseteils 18 zu schieben. Die umlaufenden Ränder 20 und 21 der Gehäuseteile 18 und 19 sind jeweils als stegartige Umbördelung ausgeformt, so dass ein gasdichter Verschluss der Gehäuseteile 18 und 19 erreicht wird. Dazu können auch weitere Dichtungsmaßnahmen, wie z.B. Gummidichtungen, angebracht werden. Die Öffnungen 23 und der Anschluss des Einlasses 14 an den Motor sind ebenfalls gasdicht ausgeführt. Die Umbördelungen 20 bzw. 21 können auch derart geformt sein, dass ein Gehäuseteil das andere zumindest teilweise umgreift.
  • Hinsichtlich der geometrischen Abmessungen der entlang der Achse 25 zusammenzusetzenden Bauteile haben die schalenartigen Gehäuseteile 18 und 19 eine bestimmte Tiefe, so dass nach Einsetzen der Metallfolie 2 in die beiden tellerförmigen Zentralbereiche 22 die entlang der Achse 25 gerichteten Enden der Metallfolie 2 jeweils an der Rückwand 24 anliegen und auch die Umbördelungen 20 und 21 aufeinander liegen. Die entlang der Achse 25 verlaufenden Schrauben durchsetzen die Metallstifte 16 sowie die beiden Gehäuseteile 18 und 19, und stehen über das Schalldämpfergehäuse 4 hinaus. Um die Metallfolie 2 und somit den Katalysatorkörper 1 in dem Schalldämpfergehäuse 4 bzw. gegen die Gehäuseteile 18 und 19 zu verspannen, weisen die Metallstifte 16 also eine kürzere Länge als die Metallfolie 2 auf. Die so zusammengeschraubte und mit Vorspannung beaufschlagte Abgasanlage 11 kann schließlich noch über die herausstehenden Enden der Schrauben an einem Kleinmotor bzw. in dessen Nähe angebracht werden.
  • Zur Reduzierung der Schadstoffe und zur Schallreduktion strömt das Abgas über den Einlass 14 in das Innere des Schalldämpfergehäuses 4 ein und gelangt in einen inneren, zylinderförmigen Hohlraum 26, welcher durch die Metallfolie 2 und die Rückwände 24 der Gehäuseteile 18 und 19 begrenzt wird. Von dort strömt das Abgas radial nach außen und trifft auf die Metallfolie 2. Je nach Ausgestaltung der Lochungen 3 und Stege 5 kommt es dabei zu einer Kontaktierung mit der katalytisch aktiven Beschichtung der Metallfolie 2 und somit zu einer Reduktion der Schadstoffe des Abgases. Das Auftreffen des Abgasstromes auf die Metallfolie 2 führt auch zu einer Brechung der Schallwellen und damit zu einer Schallreduktion. Nachdem das Abgas die Metallfolie 2 durchströmt hat, gelangt es über den Auslass 15 in die Umwelt.
  • 6 zeigt in einer explosionsartigen Darstellung eine weitere Ausführungsform einer Abgasanlage mit dem erfindungsgemäßen Katalysatorkörper 1 gemäß 1. Hier sind gleiche Teile wie aus 1 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Insbesondere werden für die Metallfolie 2 und die Gehäuseteile 18 und 19 die gleichen Bauteile wie aus 1 verwendet. Es können aber auch alle anderen zuvor beschriebenen Metallfolien 30, 40, 50, 60 oder 70 eingesetzt werden. Die Ausbildung der Bestandteile der Metallfolie 2 und deren Materialbeschaffenheit, Oberflächenstruktur und Abmessungen sind derart angepasst, dass die Metallfolie 2 die Funktion eines Katalysators übernimmt. Als weitere Bauteile dieser Ausführungsform sind als Zusatzteile zwei Halteplatten 82 und 83 und ein Reflexionsrohr 80 dargestellt. Das Reflexionsrohr 80 besteht aus Blech und weist mehrere Lochungen 81 zur Schallreduktion auf. Die Halteplatten 82 und 83 haben zur Anbringung an dem Reflexionsrohr 80 jeweils mittig eine Öffnung 84, welche dem Außenumriss der Querschnittsform des Reflexionsrohrs 80 entspricht. Die äußeren Ränder der Halteplatten 82, 83 haben jeweils eine umlaufende Einbuchtung bzw. Rille (nicht dargestellt), welche zur Halterung der Metallfolie 2 dient.
  • Bei der Montage der Abgasanlage gemäß 6 werden die einzelnen Bauteile entlang den Achsen 25 ineinander geschoben. Zuerst wird die Halteplatte 82 so auf das Reflexionsrohr 80 aufgeschoben, dass sie mit einem bestimmten Abstand zum dem dem Gehäuseteil 18 gegenüberliegenden Ende des Reflexionsrohres 80 zu liegen kommt. Daraufhin wird die ringförmige Metallfolie 2 koaxial und beabstandet zum Reflexionsrohr 80 über das Reflexionsrohr 80 geführt und in die Einbuchtung der Halteplatte 82 gedrückt. Anschließend wird die zweite Halteplatte 83 über das Reflexionsrohr 80 geschoben bis der noch freie Rand der Metallfolie 2 in die Einbuchtung der Halteplatte 83 gelangt. Die in Richtung der Achse 25 gerichteten Längenabmessungen der Metallfolie 2 und des Reflexionsrohres 80 können auch so gewählt werden, dass zumindest eine der Halteplatten 82, 83 an einer Stirnseite des Reflexionsrohres zu liegen kommt. Bei einer Befestigung der Halteplatte 82 bzw. 83 an einem stirnseitigen Ende kann auch auf die Öffnung 84 verzichtet werden. Die Halteplatten 82, 83 können auch beide an den Stirnseiten des Reflexionsrohres 80 oder mit Abstand zum jeweiligen Ende des Reflexionsrohres 80 auf diesem angeordnet werden und wahlweise zusätzlich angeschweißt werden. Zur anschließenden Verspannung der außenliegenden Gehäuseteile 18 und 19 werden die gleichen Maßnahmen getroffen, wie bereits zu 1 erläutert. Die Ausbildung der umlaufenden Ränder 20 und 21 der Gehäuseteile 18 und 19 erfolgt wiederum in Form von stegartigen Umbördelungen, so dass ein gasdichter Verschluss der Gehäuseteile 18 und 19 erreicht wird. Ähnlich wie bei 1 können die Rückwände 24 der Gehäuseteile 18, 19 auch entsprechend den Enden des Reflexionsrohres mit versenkten Zentralbereichen ausgestattet sein. Diese Versenkungen oder Einbuchtungen können nach innen oder aussen gerichtet sein.
  • Zur Schadstoff- und Schallreduzierung strömt das Abgas über den Einlass 14 in das Innere des Schalldämpfergehäuses 4 ein und gelangt in das Reflexionsrohr 80. Von dort strömt das Abgas radial nach außen und trifft auf das Reflexionsrohr 80. Je nach Ausgestaltung der Lochungen 81 kommt es dabei zu einer bestimmten Reflexion bzw. Brechung der Schallwellen. Anschließend durchströmt das Abgas die Lochungen 81, strömt radial nach außen weiter und trifft auf die Metallfolie 2. Dort kommt es zu einer Kontaktierung mit der katalytisch aktiven Beschichtung der Metallfolie 2 und somit zu einer Reduktion der Abgasschadstoffe. Das Auftreffen des Abgasstromes auf die Metallfolie 2 führt zudem auch zu einer Brechung der Schallwellen und damit ebenfalls zu einer Schallreduktion. Nachdem das Abgas die Lochungen 3 der Metallfolie 2 durchströmt hat, gelangt es über den Auslass 15 in die Umwelt.
  • Mit der erfindungsgemäßen Metallfolie wird also eine Möglichkeit geschaffen, die Schadstoff- und Schallreduktion eines Kleinmotors insbesondere durch die Ausbildung der in der Metallfolie enthaltenen Lochungen und auch deren freien Querschnitt zu steuern. Der freie Querschnitt der Lochungen kann dabei auch mit dem Öffnungsquerschnitt des Motoraulasses in Beziehung gebracht werden. Hierbei beträgt ein geeignetes Verhältnis des Querschnittes des Motorauslasses zum freien Querschnitt der Lochungen z.B, eins zu zwei.

Claims (18)

  1. Radial durchströmbarer, ringförmiger Katalysatorkörper zum Einbau in ein Schalldämpfergehäuse eines Kleinmotors, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einer gelochten Metallfolie (2, 30, 40, 50, 60, 70) besteht.
  2. Katalysatorkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochungen (3, 33, 43) der gelochten Metallfolie (2, 30, 40, 50, 60, 70) so zur Schallreduktion angepasst sind, dass die Metallfolie (2, 30, 40, 50, 60, 70) zugleich die Funktion eines herkömmlichen Reflexionskörpers übernimmt.
  3. Katalysatorkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Lochungen (3, 33, 43) Stege (5, 35, 45) zur Versteifung der Metallfolie (2, 30, 40, 50, 60, 70) angeordnet sind, die so angepasst sind, dass sie ein Ausbauchen der Metallfolie (2, 30, 40, 50, 60, 70) im eingebauten Zustand verhindern.
  4. Katalysatorkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (5, 35, 45) entsprechend der auf den Katalysatorkörper (1) wirkenden Kräfte ausgerichtet sind.
  5. Katalysatorkörper nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (5, 35, 45) koaxial zur Längsachse und/oder in Umfangsrichtung des Katalysatorkörpers (1) ausgerichtet sind.
  6. Katalysatorkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie (2, 30, 40, 50, 60, 70) eine Dicke von 0,05 mm bis 2 mm aufweist.
  7. Katalysatorkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie (2, 30, 40, 50, 60, 70) eine Dicke von 0,3 mm bis 1 mm aufweist.
  8. Katalysatorkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie (2, 30, 40, 50, 60, 70) schnecken-, stern-, trapez- oder wellenförmig ausgebildet ist.
  9. Katalysatorkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (6, 7) der Metallfolie (2, 30, 40, 50, 60, 70) mit einer lösbaren Formschlussverbindung (8) verbunden sind.
  10. Katalysatorkörper nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, die Enden (6, 7) der Metallfolie (2, 30, 40, 50, 60, 70) hakenförmig ausgebildet sind.
  11. Katalysatorkörper nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Ende (6) der Metallfolie (2, 30, 40, 50, 60, 70) eine Ausnehmung (9) und das andere Ende (7) der Metallfolie (2) ein Gegenstück (10) zum Eingriff in die Ausnehmung (9) aufweist.
  12. Katalysatorkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochungen (3, 33, 43) durch Wegbiegen (48, 91, 92, 93) der Metallfolie (2, 30, 40, 50, 60, 70) gebildet sind.
  13. Abgasanlage für Kleinmotoren mit einem radial durchströmbaren, ringförmigen Katalysatorkörper, einer Schalldämpfungseinheit und einem Schalldämpfergehäuse, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorkörper (1) aus einer gelochten Metallfolie (2, 30, 40, 50, 60, 70) besteht.
  14. Abgasanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochungen (3, 33, 43) der gelochten Metallfolie (2, 30, 40, 50, 60, 70) so zur Schallreduktion angepasst sind, dass die Metallfolie (2, 30, 40, 50, 60, 70) zugleich die Funktion einer herkömmlichen Schalldämpfungseinheit übernimmt.
  15. Abgasanlage nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorkörper (1) koaxial zu einer Einströmrichtung (13) des Abgases in das Schalldämpfergehäuse (4) um einen Einlass (14) des Schalldämpfergehäuses (4) angeordnet ist.
  16. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorkörper (1) mit Vorspannung beaufschlagt gegen das Schalldämpfergehäuse (4) verspannt ist.
  17. Verfahren zur Herstellung eines radial durchströmbaren, ringförmigen Katalysatorkörpers zum Einbau in ein Schalldämpfergehäuse eines Kleinmotors, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorkörper (1) aus einem gelochten Metallfolienstreifen (2, 30, 40, 50, 60, 70) ringförmig gebogen wird und dann die Enden (6, 7) des Streifens mittels einer Formschlussverbindung (8) verbunden werden.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die gelochten Metallfolienstreifen (2, 30, 40, 50, 60, 70) zuvor aus Endlosware geschnitten, gestanzt oder an vorab angebrachten Perforationsstellen gebrochen werden.
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