Die Erfindung betrifft eine Hülle aus Draht, ein Verfahren zu deren Herstellung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Zur Abgasentgiftung von Verbrennungsmotoren dienen katalytisch beschichtete, vorzugsweise zylindrische Monolithen aus Keramik. Diese Monolithen werden fest in einem Gehäuse gelagert, und zwar unter Zwischenlage einer Hülle, üblicherweise aus Drahtgestrick.
Bei den bekannten Verfahren wird zunächst der Monolith mit der Hülle versehen, dann werden diese beiden Teile lose in das zweiteilige Gehäuse eingesetzt und dieses wird beim Schließen verpreßt. Es wurde zunächst versucht, die infolge des pulsierenden Abgasstromes entstehende Axialbewegung des Monolithen über Radialkräfte in Form von eingepreßten Sicken zu stoppen, was sich aber nicht bewährt hat. Zu große, beim Herstellen aufgebrachte Drücke bergen nämlich die Gefahr der Beschädigung des aus Keramik bestehenden Monolithen. Bei zu geringen Drücken besteht die Gefahr einer zu geringen Haltekraft.
Es ist daher auch schon vorgeschlagen worden, die Ränder der Stirnseite umgreifende besonderte Bauteile in Form eines Ringes einzusetzen (DE-OS 24 12 863). Es ist auch schon vorgeschlagen worden, im Bereich der Stirnseite eine mehrfach umgelegte und dadurch verstärkte Hülle zum Auffangen der Axialkräfte des Monolithen einzusetzen (DE-OS 35 19 965).
Von Nachteil bei den bekannten Hüllen ist, daß durch die auf den Monolith wirkenden Kräfte - und zwar sowohl die beim Einpressen von Monolith und Hülle in das Gehäuse als auch die im Betrieb durch die pulsierende Gasströmung, wie sie bei Abgasen von Verbrennungsmotoren auftritt - der Monolith in Berührung mit dem Gehäuse gebracht wird und dadurch beschädigt wird. Außerdem hat das mehrfache Umwickeln des Monolithen den Nachteil, daß am Rand des Monolithen durch die vielen Lagen eine hohe Flächenpressung auftritt und dieser somit geschädigt werden kann.
Es ist ferner eine gattungsgemäße Hülle gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs bekannt (EP-A1 0 250 384). Diese Hülle besteht aus unter Vorspannung gezogenem, flach gerollten Draht eines hochlegierten Stahls und wird über die Oberfläche des Monolithen gestülpt. Zwei Wulste umgreifen die Randbereiche der Eintritts- und Austrittsseite der eingesetzten Monolithe.
Aber auch diese bekannte Hülle ist nicht dazu geeignet, Beschädigungen des Monolithen bei der Montage oder während des Betriebs hinreichend zulässig auszuschließen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hülle, ein Verfahren zu deren Herstellung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorzuschlagen, mit denen ein Höchstmaß an Sicherheit für den Monolithen bei der Herstellung des Katalysators als auch in dessen Betrieb erzielbar ist.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Sach-, Verfahrens- und Hauptanspruchs gelöst.
Es wird also erfindungsgemäß das ebene Drahtgestrick, vorzugsweise in Schlauchform, welches mit schräglaufenden Einprägungen versehen ist, auf eine dem Mantel des Monolithen angepaßte Oberfläche, vorzugsweise einen Dorn, der in Form und Abmessung dem Monolithen entspricht, aufgewickelt. Mit der Tiefe bzw. der Höhe der Einprägungen kann die Vorspannung zwischen dem Monolithen und dem Metallgehäuse eingestellt werden. Beim Pressen des über den Dorn überstehenden Überstandes des Drahtgestricks in Axialrichtung werden aus jedem der beiden Überstände je ein Wulst erzeugt, der bezüglich des Maßes des aufzunehmenden Monolithen sowohl in Axialrichtung als auch radial nach innen vorsteht. Diese solchermaßen geformte Hülle wird dann mittels einer konischen Hülse über den Monolithen geschoben und danach wird die konische Hülse wieder entfernt, so daß der von der Hülle umgebene Monolith nunmehr in das zweiteilige Gehäuse eingesetzt und in dieser eingesetzen Lage dauerhaft sichergehalten werden kann, wobei ein definiertes Axialmaß zwischen dem Monolithen und dem Gehäuse erzielt werden kann und nicht nur die elastische Lagerung in Radialrichtung zwischen dem Gehäuse und dem Monolithen erzeugt werden kann, sondern auch die axialen Kräfte aufgenommen werden können. Durch den Wulst können sowohl die Dichte, wie auch die elastischen Eigenschaften in Axialrichtung beeinflußt werden. Infolge dessen können durch den Wulst und eine dort andere Elastizität als im übrigen geformten Gestrick die Längentoleranzen zwischen dem Gehäuse und dem Monolithen aufgefangen werden. Schließlich wird eine Abdichtung gegenüber einer unerwünschten Bypass-Strömung des Abgases erzielt. Zugleich ergibt sich eine gleichmäßige Flächenpressung in den Bereichen ohne Wulst der geformten Hülle auf den Monolithen.
In alternativer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Drahtgestrick auch direkt auf den Monolithen aufgewickelt und dort in Längsrichtung gepreßt werden, wenn nur beim Pressen auf die Ränder der Stirnseiten ein danach entfernbares Widerlager aufgesetzt wird, um die Preßkräfte aufzunehmen, so daß eine Beschädigung des Monolithen nicht zu befürchten ist. Denn über die das Drahtgestrick vor dem Aufwickeln mit spitzwinklig zu in Umfangsrichtung verlaufenden Wickelrichtung verlaufenden Einprägungen bewirken nach dem Pressen ein gewisses axiales Einfedern, so daß trotz der Widerlager der zusammengepreßte Wulst fest zur Anlage an den Stirnseiten des Monolithen kommt. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, vor dem Pressen des Wulstes, das Drahtgestrick in Axialrichtung etwas auseinanderzuziehen, um ein festes Anliegen des Wulstes durch Einfedern der geformten Hülle nach dem Preßvorgang des Wulstes zu erzielen. Wenn in bevorzugter Ausführungsform die Oberfläche längs den Rändern ihrer Stirnseite einen umlaufenden Vorsprung aufweist, der sich entsprechend als Eindrückung an dem zu pressenden Wulst abbildet, so ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß die besonders empfindlichen Ränder des Monolithen aus Keramik nicht direkt an der Hülle anliegen, sondern in der durch den Vorsprung erzeugten Eindrückung liegen.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und ein schematischer Verfahrensablauf sind in der Zeichnung dargestellt. In dieser zeigt:
In Fig. 1 ist die Vorrichtung gezeigt. Sie weist einen Dorn 10 auf, dessen die Oberfläche 11 bildender Mantel in Form und Ausmaß mit dem Monolithen 20 (Fig. 3 und 4) entspricht. Auf die Oberfläche 11 des Dorns 10 wird das Drahtgestrick 21 vorzugsweise zweimal in Umfangsrichtung aufgewickelt. Die Breite des Drahtgestricks ist so bemessen, daß sich ein Überstand 18 für das Drahtgestrick 21 ergibt.
Der Dorn befindet sich in zwei aufeinander zu beweglichen und den Dorn mit Spiel radial umgebenden, axial offenen Formbacken 12, 13. Durch die zwei Axialöffnungen der Formbacken 12, 13 greifen Schiebehülsen 14 als eigentliche Preßwerkzeuge durch, welche axial verschiebbar sind.
Der Dorn 10 weist zwei endständige feste erste Absätze 15 geringeren Durchmessers im Bereich des Überstands 18 des Drahtgestricks über die Oberfläche 11 des Dorns 10 auf. Die ersten Absätze 15 weisen weitere zweite Absätze 16 mit diesen gegenüber geringerem Durchmesser als Führung für die Schiebehülsen 14 auf. Die eigentlichen vorspringenden Preßteile der Schiebehülse 14 liegen auf den Oberflächen der Absätze 15 an und weisen vorspringende Absätze 14a an ihrer Vorderseite auf, die in Endlage einen Abstand zur kreisringförmigen Stirnfläche aufweisen.
Die Formbacken 12, 13 weisen ferner einen im Bereich der Oberfläche 11 des Dorns 10 befindlichen Ring 25 größeren Durchmessers auf, damit in diesem Bereich beim Zufahren gemäß Richtungspfeil A (Fig. 2) der Formbacken 12, 13 das Drahtgestrick 21 nicht allzusehr zusammengepreßt wird. An diesen Ringraum 25 schließt sich ein in Umfangsrichtung umlaufender Klemmvorsprung 26 zum Festhalten des Drahtgestricks 21 während des Zusammenpressens des Überstands 18 beim Zusammenfahren der Schiebehülsen 14 gemäß Richtungspfeil B an. Der in Umfangsrichtung umlaufende Klemmvorsprung 26 weist eine Hinterschneidung 27 im Bereich der - umlaufenden - Ränder 28 der Oberfläche 11 mit der kreisringförmigen Stirnfläche 19 auf. Die Hinterschneidung 27 geht in einen Bereich 29 der Preßwerkzeuge 12, 13 mit gegenüber dem Bereich des Ringraumes 25 geringeren Durchmesser über. Durch diese Vorrichtung wird ein in sich formstabil geformtes und mit einem Wulst 24 versehene geformte Hülle 22 gemäß Fig. 3 hergestellt, welches die umlaufende Kante jeder Stirnseite des Monolithen 20 etwas radial einwärts springend übergreifen kann, wenn es über den Monolith geschoben wird, wie das in Fig. 3 gezeigt ist. Die solchermaßen vorgefertigten Bauteile (geformte Hülle mit Monolith) werden dann in das zweiteilige Gehäuse 23 eingesetzt (Fig. 4) und bei deren Verbindung dauerhaft und zuverlässig gegen Beschädigungen infolge von Axialverschiebungen des Monolithen 20 im pulsierenden Gasstrom gesichert.