带有可更换插件的废气处理装置的制作方法

本发明涉及一种用于内燃机的排气系统的废气处理装置，在所述废气处理装置的壳体中，以可更换的方式布置有带有至少一个废气处理元件的插件。本发明还涉及一种用于安装到这样的废气处理装置中的插件。

背景技术：

诸如例如催化转化器或颗粒过滤器的废气处理装置通常具有用于引导废气的管状壳体，在所述管状壳体中布置有至少一个废气处理元件，所述至少一个废气处理元件根据废气处理装置的构造能够是例如催化转化器元件或颗粒过滤器元件。很显然，在这样的废气处理装置中，还能布置有多个类似和/或不同的废气处理元件。例如，可设想氧化催化转化器元件布置在颗粒过滤器元件的上游或氧化催化转化器元件布置在SCR催化转化器元件的下游，其中，SCR代表选择性催化还原。类似地，可想到将颗粒过滤器元件布置在SCR催化转化器元件上游。

这样的废气处理元件在操作期间经受一定的磨损，使得在配备有所述废气处理元件的废气系统的寿命期间，可能需要拆卸、清洁并重新安装相应的废气处理元件或更换成新的废气处理元件。如果将相应废气处理元件布置在插件中，所述插件继而可更换地布置在废气处理装置的壳体中，使得该维护能够更简单地实现。因此，例如，在所述插件中能出现能应用于催化转化器和颗粒过滤器的陶瓷衬底的复杂安装，所述插件然后能以合适的方式可更换地布置在壳体中。

技术实现要素：

本发明开始于这一点。本发明涉及的问题是提出为这样的废气处理装置或相应为这样的插件进行改进的实施例，所述改进的实施例使插件在废气处理装置的壳体中的简化安装成为可能，并且在维护时简化插件的更换或相应地插件的拆卸和安装。

该问题根据本发明由独立权利要求的主题解决。有利的实施例是从属权利要求的主题。

本发明基于的总体思想是，一方面提供一种轴向限位止挡，并且另一方面提供一种用于将插件固定在废气处理装置的壳体中的轴向锁定结构。轴向限位止挡在插件的管状外壳与管状壳体之间作用，并且限制插件在插入方向上向壳体内的插入。由此，插件在壳体中的轴向位置由轴向限位止挡限定。锁定结构通过防止插件相对于壳体沿着与插入方向相反方向的移动来固定该轴向位置。这样，确保插件与壳体之间的预定相对位置，这简化插件的正确安装或相应地插件在壳体中的正确装配。轴向限位止挡和轴向锁定结构设置或相应地形成在壳体的内部，即轴向地位于壳体的两个轴向端部之间。

轴向限位止挡优选地借助于轴向止挡和与之互补的轴向配合止挡(相对止挡，counter stop)实现，其中，止挡形成在外壳的外侧上，同时配合止挡形成在壳体的内侧上。在插件插入壳体时，一旦止挡轴向紧靠配合止挡，就达到插件与壳体之间的预定相对位置。配合止挡与壳体的两个轴向端部有利地轴向间隔开。锁定结构有利地借助于至少一个闩锁元件和支撑轮廓实现，其中，相应的闩锁元件设置在壳体内侧上，同时支撑轮廓形成在外壳上。在锁定状态下，相应的闩锁元件在插入方向上轴向地靠在支撑轮廓上。因此，防止插件在与插入方向相反的抽出方向上轴向移位。有利地，相应的闩锁元件在此与壳体的两个轴向端部轴向间隔开。

为了相应插件能以可更换方式设置在壳体中，插件必须以目标方式与相应的废气处理装置协调或配合，其中，该协调或配合超出了纯粹的几何适应，其原因在于，在插件的外壳外侧上必须设置有轴向止挡，所述轴向止挡在达到插件与壳体之间的预定相对位置时与壳体侧上的配合止挡合作。此外，插件的外壳上的支撑轮廓必须构造并设置成使得其能与壳体侧上的相应闩锁元件合作或配合，用于插件在壳体中的轴向固定，即当插件侧上的止挡轴向地靠在壳体侧上的配合止挡上时，与相应闩锁元件合作。

相应的闩锁元件相对于壳体有利地是单独的部件，其以合适的方式固定在壳体上或相应地固定在壳体的内侧上。此外，相应的闩锁元件能焊接或焊合至壳体。闩锁元件在此能构造成弹簧片，所述弹簧片具有与壳体可靠地连接的保持段和相对于所述保持段能够以弹簧弹性的方式径向调整的弹簧段或闩锁段，在所述弹簧段或闩锁段上，例如能形成有以下进一步提及的闩锁侧。

通过该单独的构建方法，相应的闩锁元件抵靠壳体内侧，使得插件的外壳必须在尺寸上与壳体内侧协调，使得在壳体内侧与外壳外侧之间形成有环形间隙。该环形间隙的尺寸在此被设置为使得闩锁元件能布置在其中，以便能够允许插件通过，用于相应的螺栓元件的拆卸与安装。

便利地，在周向上优选地均匀布置有多个这样的闩锁元件。

相应的闩锁元件能在周向上延伸，使得上述闩锁段在周向上从保持段伸出。

根据有利的实施例，相应的闩锁元件能以径向弹性的方式构成，并且即使得其在锁定位置与解锁位置之间以在很大程度上能够以弹性的方式进行调整。在锁定位置，相应的闩锁元件与支撑轮廓合作，用于插件在壳体中的轴向固定。在解锁位置，相反地，相应的闩锁元件释放支撑轮廓，使得能够在与插入方向相反的抽出方向上从壳体抽出插件。很显然，在相应闩锁元件的解锁位置，该插件或另一插件同样能够在插入方向上插入壳体。这样的弹簧弹性闩锁元件能特别低成本的方式实现，并且具有高的可靠性。

根据另一有利实施例，相应的闩锁元件能以预压的方式支撑在支撑轮廓上，使得止挡以轴向预压的方式靠在配合止挡上。通过闩锁元件与支撑轮廓之间的预压，能消除插件与壳体之间的任何轴向空隙和优选地还有任何径向空隙。一方面，从而能防止插件与壳体之间产生噪声的相对移动。另一方面，还能补偿制造公差。

根据另一有利实施例，相应的闩锁元件在与支撑轮廓合作的闩锁侧上能以斜坡形的方式构成。通过该斜坡轮廓，闩锁侧相对于与壳体的纵向中心轴线垂直延伸的横截平面例如以大于0°并且小于45°的角度倾斜。通过相应闩锁元件的闩锁侧的斜坡形状，在壳体中同时实现插件的径向对中；当在周向上分布布置有多个这样的闩锁元件时，尤其如此。

根据有利的另一改进，相应的闩锁元件相对于壳体内侧能以径向弹簧弹性的方式布置，并且能以径向预压的方式靠在支撑轮廓上。斜坡形闩锁侧于是在外壳中产生轴向预压，所述轴向预压将外壳通过其止挡压在配合止挡上。斜坡形闩锁侧因此带来相应闩锁元件的径向预压力向外壳的轴向预压的转化。

在另一有利实施例中，止挡能布置在外壳的在插入方向上位于前面的轴向端部截面上。因此，止挡能以特别简单的方式实现。

有利地，止挡能由外壳台阶在周向上以环形的方式圆周地形成，所述外 壳台阶使容纳相应废气处理元件的元件接纳段与外壳挡圈连接起来，所述外壳挡圈的外横截面小于元件接纳段的外横截面。换句话说，外壳台阶产生相对于元件接纳段收缩的外壳挡圈。这样的外壳台阶能特别低成本地产生。同时，止挡沿着整个周向布置，从而使得插件与壳体之间在周向上的均匀支撑成为可能。

在优选地能够与上述实施例一起实现的另一实施例中，配合止挡能由壳体台阶在周向上以环形的方式圆周地形成，所述壳体台阶使容纳插件的插件接纳段与壳体挡圈连接起来，所述壳体挡圈的内横截面小于插件接纳段的内横截面。换句话说，壳体台阶产生相对于插件接纳段收缩的壳体挡圈。在此，该壳体台阶也能以相对简单的方式实现。另外，该壳体台阶在周向上是整周的，使得在在壳体与插件之间在周向上能够实现均匀的支撑。例如，在壳体挡圈之外能安置和连接有所述壳体的入口漏斗，所述入口漏斗例如通过焊接连接或通过焊合连接与之可靠地连接。

现在特别有利的是，同时实现上述外壳台阶和上述壳体台阶的另一改进。在安装状态下，外壳台阶轴向地靠在壳体台阶上。外壳台阶与壳体台阶在此相互协调，使得在与周向垂直延伸的轮廓上，在外壳外侧与壳体内侧之间产生准点状接触，然而，所述准点状接触在周向上以线性闭合的方式围绕延伸。

尤其地，外壳台阶与壳体台阶能相互协调，使得壳体挡圈的内横截面大于外壳挡圈的外横截面，并且小于元件接纳段的外横截面。插件接纳段的内横截面在此大于元件接纳段的外横截面。这样，实现的是，一方面在外壳挡圈的外横截面与壳体挡圈的内横截面之间并且同样地另一方面在元件接纳段的外横截面与插件接纳段的内横截面之间相应地形成有径向的环形空间，其中，在外壳台阶和壳体台阶的锥形区域中出现外壳台阶与壳体台阶之间的接触。因此，同时，在止挡的区域中，实现插件在壳体中的径向对中。外壳台阶与壳体台阶的合作在此类似阀板与阀座之间的合作，其中，阀板由外壳台阶形成，阀座由壳体台阶形成。因此，在此介绍的轴向限位止挡在外壳与壳体之间带来一定的密封，由此减少旁通过插件的泄露流的风险。

在另一有利的实施例中，在壳体内侧与外壳外侧之间能径向地形成有环形间隙，在所述环形间隙中布置有至少一个间隙密封，所述至少一个间隙密封相对于外壳、尤其地还相对于壳体是单独的部件或构件。借助于这样的间隙密封，能减少在壳体内旁通过插件的泄露流的风险。间隙密封在此松散地布置在 外壳外侧上。有利地，其还松散地布置在壳体内侧上。

根据另一实施例，支撑轮廓能由外壳的轴向端面形成，所述轴向端面逆着插入方向、即在抽出方向上背离止挡。在插入插件时，当插件的位于前面的端部限定插件的前端时，支撑轮廓布置在插件的后端。通过外壳的轴向端面的使用，简化插件的实现。尤其地，通过可选择的圆形圆柱的壳体和可选择的圆形圆柱的外壳，人们关心的不是插件与壳体之间的精确相对旋转位置，来实现相应的闩锁元件与支撑轮廓之间的正确合作。

在另一实施例中，在外壳上设置有至少一个支撑片，所述支撑片将外壳径向地支撑在壳体内侧上。通过这样的支撑片，简化插件与壳体之间的径向定位。有利地，多个这样的支撑片在周向上分布，以便带来插件在壳体中的对中。有利地，支撑片形成在外壳的轴向端面上，优选地在其上一体地形成。

在另一实施例中，在外壳上设置有至少一个抽出轮廓，抽出工具能以形状配合的方式接合在所述轮廓上，以便从壳体抽出插件。这样的抽出轮廓例如能由在外壳上形成的底切边缘实现，所述底切边缘能由抽出工具以形状配合的方式接合在后面。其中这样的抽出轮廓由外壳中的径向开口实现的实施例特别简单，抽出工具能够从外部径向地或从内部径向地伸入所述径向开口，使得与该开口的开口边缘的形状配合的接合成为可能。特别有利地，这样的抽出轮廓能设置在布置在外壳上的抽出片上。例如，这样的抽出片能形成在外壳的轴向端面上，在所述轴向端面上还设置有支撑轮廓。优选地，设置有在周向上分布的多个这样的抽出轮廓或相应地多个这样的抽出片。相应的抽出片有利地包含径向开口，所述径向开口的开口边缘形成抽出轮廓。

在另一有利实施例中，壳体能在与相应闩锁元件间隔开、逆着插入方向的区域中打开和再次关闭，使得通过打开的壳体，相应的插件能够从壳体抽出并且能够插入其中。例如，壳体在其出口侧上能具有出口漏斗，所述出口漏斗能够通过合适的快速紧固装置固定至其余的壳体，并且能够从那里拆下。同样地，可设想在轴向方向上将壳体分开，并将两个壳体部分相互可拆卸地固定，使得通过打开的壳体，可达到或操作两个壳体部分的内侧。基本上，于是在这些壳体部分中的每一个中，能相应地并且即以上述方式布置有带有轴向限位止挡和锁定结构的至少一个这样的插件。同样地，可设想将多个这样的插件布置在壳体中，所述插件带有复数个分离的轴向限位止挡和复数个分离的锁定结构——其在轴向上布置，一个在轴向上位于另一个之后。

根据本发明的插件，用于安装到上述类型的废气处理装置中，其特征在于管状外壳，在所述管状外壳中固定有至少一个废气处理元件。外壳的尺寸在此设置为使得整个插件能够在插入方向上轴向地插入壳体。另外，外壳具有：轴向止挡，其在安装状态下轴向地靠在壳体的配合止挡上；和支撑轮廓，相应的闩锁元件在安装状态下轴向地支撑在所述支撑轮廓上。当外壳的止挡靠在壳体的配合止挡上时，相应的闩锁元件能精确地轴向抵靠在外壳的支撑轮廓上，为此，插件与废气处理装置必须良好地相互协调或配合。尤其地，在插件侧，止挡和支撑轮廓的布置和构造必须与壳体侧的布置和配合止挡与相应闩锁元件的构造良好地协调，使得插件能以预期的方式用于废气处理装置。

相应的废气处理元件例如能借助于支撑垫轴向地固定在外壳中，为此，支撑垫被径向地压在废气处理元件与外壳之间。

本发明的另外的重要特征和优点可从从属权利要求、附图以及结合附图所作的说明得出。

应理解的是，以上提到并且以下将进一步说明的特征在不偏离本发明的范围的情况下不仅能够用于相应指示的组合中，而且能够用于其它组合或单独地使用。

附图说明

在附图中图示并且在以下的说明中更详细地说明本发明的优选示例性实施例，其中，相同的附图标记指的是相同或相似或功能相同的部件。

相应示意性示出的是：

图1是根据图2中的截面线Ⅰ的废气处理装置的简化纵向截面；

图2是根据图1中的截面线Ⅱ的废气处理装置的横截面；

图3是来自图1的局部放大详图Ⅲ；

图4是来自图1的局部放大详图Ⅳ；

图5是来自图2的局部放大详图Ⅴ；

图6是废气处理装置的在拆卸时或者在安装时的分解立体图。

具体实施方式

根据图1，废气处理装置1包括管状壳体2，所述管状壳体2在示例中另外配备有入口漏斗3。在操作中所提供的废气流方向在图1中由箭头指示，并由4标 记。在此未图示壳体2的出口端。废气处理装置1例如能够是颗粒过滤器或催化转化器或多个不同的催化转化器或相应地至少一个催化转化器与一个颗粒过滤器的任何期望的组合。废气处理装置1设置用于内燃机的排气系统，所述内燃机例如布置在机动车辆中。

在壳体2中，可更换地布置有至少一个插件5。插件5具有管状外壳6和固定在外壳6中的至少一个废气处理元件7。例如，废气处理元件7能借助于支撑垫8固定在外壳6中。为此，支撑垫8以径向方式被径向地压在废气处理元件7与外壳6之间，由此，实现废气处理元件7相对于外壳6的轴向固定。带有固定在其中的废气处理元件7的外壳6还能被指定为“封装(canning)”。

插件5与壳体2匹配，使得其能够在由箭头指示的插入方向9上插入壳体2。插入方向9在此与壳体2的纵向中心轴线10平行延伸。此外，能够在同样由箭头所指示的抽出方向11上从壳体2抽出插件5。抽出方向11同样与纵向中心轴线10平行延伸。

插件5一方面借助于轴向限位止挡12并且另一方面借助于锁定结构13轴向地固定在壳体2中。在此所介绍的优选实施例中，轴向限位止挡12和锁定结构13另外带来插件5在壳体2中的径向对中(定心)。

根据图3，轴向限位止挡12具有在外壳6的外壳外侧15上形成的轴向止挡14。轴向限位止挡12另外具有在壳体2的壳体内侧17上形成的轴向配合止挡16。在已插入或相应的已安装状态下，止挡14轴向地、即在插入方向9上，抵靠在配合止挡16上。对应的接触点在图3中由18标记。

根据图1、2、4和5，锁定结构13包括至少一个闩锁元件19，所述至少一个闩锁元件19在插入方向9上轴向地支撑在外壳侧上的支撑轮廓20上。支撑轮廓20形成在外壳6上。便利地，提供在壳体2的周向21上均匀分布布置的多个这样的闩锁元件19。周向21在此对应于纵向中心轴线10。在图2的示例中，精确地设置有六个这样的闩锁元件19。然而，还能够有多于或少于六个的闩锁元件19。

轴向限位止挡12和锁定结构13形成在壳体2的内部，使得保护它们免受外部的影响。在壳体2上，配合止挡16轴向地布置在壳体2的两个轴向端部之间，并且相应地与壳体2的两个轴向端部轴向地间隔开。同样地，相应的闩锁元件19设置在壳体2上，轴向地布置在壳体2的两个轴向端部之间，并且相应地与壳体2的两个轴向端部轴向地间隔开。

根据图5，相应的闩锁元件19以径向弹簧的方式(具有径向弹性)构成，其可在由图5中的实线所示的锁定位置VS与由虚线所指示的解锁位置ES之间在很大程度上弹性地调整。在锁定位置VS，相应的闩锁元件19与支撑轮廓20配合，用于将插件5轴向固定在壳体2中。另一方面，在解锁位置ES，相应的闩锁元件19释放支撑轮廓20，使得因此能够在抽出方向11上从壳体2抽出插件5。

在此所示的示例中，相应的闩锁元件19由弹簧片22形成，所述弹簧片22具有保持段23和闩锁段24，并且弹簧片22代表相对于壳体2独立的部件。通过保持段23，弹簧片22例如借助于焊合连接或借助于焊接连接固定在壳体内侧17上。基本上，保持段23也能铆接至壳体2。闩锁段24可相对于保持段23径向弹性移动，以便实现上述两个位置、即闩锁元件19的锁定位置VS和解锁位置ES。

闩锁元件19通常布置在壳体2上，使得其能够在锁定位置VS与解锁位置ES之间，相对于与纵向中心轴线10平行延伸的弯曲轴线，以弹性方式调整。为此，相应地闩锁元件19在周向21上延伸。这对于弹性片22意味着闩锁段24在周向21上从保持段23伸出，并且至少在锁定位置VS相对于周向21或相应地相对于紧靠壳体2的切线形成一个角度。在图5的示例中，在解锁位置ES，在闩锁段24与周向21或相应地紧靠壳体2的切线之间，同样存在这样的角度。因此，产生在图5中所出现的角度差25，闩锁段24在解锁位置ES与锁定位置VS之间产生所述角度差25。

在一个特别有利的实施例中，相应的闩锁元件19以预压的方式支撑在支撑轮廓20上，使得最终止挡14经由外壳6以轴向预压的方式抵靠在配合止挡16上。在所示的示例中，这借助于斜坡形闩锁侧26实现，经由斜坡形闩锁侧26，根据图4，相应闩锁元件19抵靠在支撑轮廓20上。斜坡形闩锁侧26在此相对于横截面27倾斜，所述横截面27与所述纵向中心轴线10垂直地延伸，并且在图4的示例中，支撑轮廓20位于所述横截面平面27中。例如，闩锁侧26与横截面27之间的倾斜角度小于45°。

通过闩锁元件19在周向21上的取向，斜坡形闩锁侧26与径向弹簧弹性相结合，在支撑轮廓20上产生径向向内的预压。该径向预压一方面带来插件5在壳体2中的对中。另一方面，该径向预压经由斜坡形闩锁侧26转化成外壳6在插入方向9上的轴向预压，最终使得外壳6经由止挡14以轴向预压的方式抵靠在壳体2的配合止挡16上。

如尤其从图1所能看到的，外壳侧上的止挡14布置在外壳6的在插入方向9上位于前面的轴向端部截面28上。因此，止挡14能特别简单地由外壳台阶29在周向21上以环形的方式周向地实现。该外壳台阶29在此使外壳挡圈30与元件接纳段31连接，元件接纳段31容纳至少一个废气处理元件7。以与之类似的方式，在示例中，壳体侧上的配合止挡16由壳体台阶32在周向21上以环形的方式周向地形成，壳体台阶32使壳体挡圈33与插件接纳段34(插件5布置在其中)连接。根据图3，外壳挡圈30的外横截面35小于元件接纳段31的外横截面36。另外，壳体挡圈33的内横截面37小于插件接纳段34的内横截面38。另外，在此实施例中，外壳台阶29与壳体台阶32相互配合，使得外壳6经由外壳台阶29抵靠在壳体台阶32上，其中，在轮廓上有利的是，即与周向21横向地出现点状接触18，点状接触18在周向21上以线性闭合的方式围绕延伸。壳体台阶32在此代表用于外壳台阶29的座，由此，在周向21上实现外壳6与壳体2之间的闭合接触。壳体挡圈33的内横截面37大于外壳挡圈30的外横截面35，并小于元件接纳段31的外横截面36。另外，插件接纳段34的内横截面38大于元件接纳段31的外横截面36。

壳体2的入口漏斗3在此被外部地安置到壳体挡圈33上，并例如通过焊接连接或通过焊合连接与之可靠地连接。

如能从图1和3所看到地，在壳体内侧17与外壳外侧15之间形成有环形间隙39，在所述环形间隙中布置有至少一个间隙密封40。间隙密封40例如被构造成石墨的或带有石墨的耐热软材料密封。其在周向21上以闭合环形的形式构成。间隙密封40相对于外壳6是单独的部件，并且仅松散地布置在其上，因此未固定在其上。

根据图1、2和4和5，支撑轮廓20形成在外壳6的轴向端面41上，所述支撑轮廓20在抽出方向11上背离止挡14。因此，支撑轮廓20能特别简单地实现。在所示的示例中，在外壳6的端面41上形成有多个支撑片42，并且所述多个支撑片42在此优选地一体地形成在外壳6上。根据图2，作为示例示出了在周向21上均匀分布设置的三个这样的支撑片42。支撑片42在此从端面轴向地突出，并且另外径向地支撑在壳体内侧17上。因此，支撑片42还带来外壳6在壳体2中的对中。

在所示的示例中，在外壳6上另外形成有相应地带有径向开口44的多个抽出片43，其中，开口边缘限定抽出轮廓45，在此未示出的抽出工具能以形状配 合的方式接合在所述抽出轮廓45上，以便从壳体2抽出插件5。根据图6，在示例中，设置有在周向21上均匀分布的三个这样的抽出片43。在示例中，抽出片43还布置在外壳6的端面41上，使得它们从那里轴向地突出。

根据图1，壳体2在区域46中构成为能打开和再次关闭。该区域46在抽出方向11上与相应的闩锁元件19轴向地间隔开。在壳体2打开的情况下，相应的插件5能从壳体2抽出或相应地插入其中。为此，闩锁元件19例如借助于对应工具从它们的锁定位置VS转移到它们的解锁位置ES。在图1中，区域46是打开的。在此未图示壳体2的封闭，并且所述封闭例如能由出口漏斗形成，所述出口漏斗能借助于对应的紧固装置可拆卸地紧固在壳体2上。这样的紧固装置例如是管夹。

在壳体2打开之后并且在闩锁元件19转移至其解锁位置ES中之后，能在抽出方向11上借助于抽出工具从壳体2抽出插件5。同样地，于是能拆除间隙密封40。因此，根据图6，首先能插入新的间隙密封40。因此，能插入维修或保养后的或新的插件5，其中，在此还有利的是，闩锁元件19借助于对应工具被保持在解锁位置ES。一旦插件5达到其在壳体2中的预定位置，其止挡14就紧靠壳体2的配合止挡16。通过去除上述工具，闩锁元件19能从解锁位置ES转变到锁定位置VS。在此，闩锁元件19径向向内弹出，其中，它们经由斜坡形闩锁轮廓26在插入方向9上轴向地驱动支撑轮廓20。同时，从而实现插件5在壳体2中的对中和止挡14与配合止挡16之间的轴向预压。因此，壳体2能再次关闭。

在目前的上下文中所提及的径向方向是相对于壳体2的纵向中心轴线1 0而言的。

尽管在图2中，壳体2的横截面和外壳6的横截面被图示成圆形圆柱的，但基本上任何期望的其他、优选地圆形的横截面能用于壳体2和外壳6，例如椭圆和卵形的横截面。在理论上，还可想到非圆的、带有棱角的横截面。