DE2211522A1 - Vorrichtung zur katalytischen abgasreinigung, insbesondere fuer kraftfahrzeugmotoren - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur katalytischen Abgasreinigung, insbesondere für Kraftfahrzeugmotoren Bekanntlich bereitet bei Vorrichtungen zur katalytischen Abgasreinigung, wie sie insbesondere für Kraftfahrzeugmotoren, aber auch andere Brennkraftmaschinen eingesetzt werden, die Beherrschung unterschiedlicher Wärmeausdehnungen des Katalysatorkörpers und des diesen aufnehmenden Gehäuses aus Metall Schwierigkeiten. Die Wärmeausdehnungskoeffizienten der als Träger der eigentlichen Katalysatorsubstanz dienenden monolithischen, keramischen Körper und ?on Stahi, wie er für das Gehäuse Verwendung findet, verhalten sich größenordnungsmäßig wie 1 : 10. Berücksichtigt man ferner, daß dex Katalysator-Körper Temperaturen bis größenordnungsmäßig 900° C im Betrieb annehmen kann, so wird ezrsichtlich, daß, sofern nicht zusätzliche Maßnahmen hinsichtlich einer sehr guten thermischen Isolierung getroffen sind, die Metallteile eine orhoblich größere Ausdehnung als der Katalysatorkörper zeigen können.
• Selbst wenn man also dafür sorgt, daß bei niedrigen Temperaturen das Gehäuse den katalysatorkörper relativ fest hält, wird diese Halterung doch bei hohen Betriebstemperaturen in unzulässiger Weise locker, so daß, insbesondere bei Verwendung der Vorrichtung in einem Fahrzeug, der Katalysatorkörper durch Erschütterungen beschädigt oder zerstört werden kann.
• Aus der DAS 1 476 507, 14 k, 3/10, ist daher bereits eine Vorrichtung zur katalytischen Abgasreinigung mit zumindest einem Katalysatorkörper, einem diesen unter Zwischenfügung einer wärmeisolierenden Schicht umgebenden zylindrischen Gehäusemantel sowie Federmitteln zum Ausgleich der Unterschiede der thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Katalysatorkörper und Gehäusemantel bekannt geworden. Die Federmittel, die bei der bekannten Vorrichtung den Katalysatorkörper federnd unter Vorspannung innerkalb des Gehäusemantels h@lton sollsn; sind hier als zwischen Gehäusemantel und Katalysatorkörper angeordnete Drahtgestricke oder gewellte Teile ausgeführt und sollen außber zur Absorption mechanischer Stöße auch zum Ausgleich dr Unterschiede in den Wärmeausdehnungskoeffizi zienten der Gehäusewand und des keramischen Katalysatorkörpers dienen.
• Die Erfindung geht ebenfa.lls von dem Prinzip der federnden Halterung des Katalysatorkörpers aus, benuizt hierfür jedoch dadurch den ohnehin vorhandenen Gehäusemantel selbst, daß erfindungsgemäß der Gehäusemantel zumindest einen zumindest ungefähr parallel zu seiner Achse verlaufen@ den Spalt aufweist, der durch einen mit dem Gehäusemantel im Bereich beider Spalträndern verbunden, auf Zug beanspruchten Federbügel solcher Dimensionierung überbrückt ist, daß der Katalysatorkörper bei allen auftretenden Temperaturen unter Vorspannung steht.
• Während bei der bekannten Vorrichtung also der Gehäusemantel eine starre Einheit bildet und zwischen ihm und dem Katalysatorkörper - außer der unmittelbar auf dem Umfang des Katalysatorkörpers liegenden wärmeisolierenden Schicht, beispielsweise aus Aluminiumsilikat - zusätzliche Federmittel vorhanden sind, zeichnet sich die E-findung dadurch aus, daß der Gehäusemantel selbst den Katalysatorkörper einschließlich der Zwischenschicht fe dernd umschließend -ausgebildet ist. Im Hinblick darauf, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient des Gehäusematerials erheblich größer ist als derjenige des Katalysatorkörpers, wird man die durch die erfindungsgemäße Gehäuseausbildung erzielte Vorspannung, also letztlich diejenige Kraft, mit der der Gehäusemantel auf den Katalysatorkörper drückt, so wählen, daß bei der höchsten zu erwartenden Temperatur der Gehäusemantel immer noch fest auf dem Katalysatorkörper aufliegt Da infolge des Vorsehens des Federbügels, der im Quer schnitt etwa die Form eines Oriega haben und sich über die gesamte axiale Länge des Gehäusemantels erstrecken kann, die Gefahr des Auftretens von Verformungen der darunter liegenden Schicht und, sofern diese relativ dünn ist, von Beschädigungen des Katalysatorkörpers gegeben ist, wird man zweckmäßigerweise unter dem Spalt im Gehäusemantel ein über den Umfang nicht geschlossenes Blech vorsehen. Gegebenenfalls genügt ein Blechstreifen; man kann das Blech jedoch soweit um deu mit der wärmeisolierenden Schicht versehenen Katalysatorkörper herumziehen, daß seine Kauten sich unter Wahrung eines Spalis gegenüberstehen oder sich überlappen, so daß auch im Blech die erforderliche Elastizität gewahrt ist. Auch das Elech selbst kann unter Vorspannung auf den mit der wärmeisolierenden Zwischens@ @cht versehenen Katalysatorkörper aufgebracht werden Das Vorsehen dieser Zwischenschicht bietet den ltorteil, daß sowohl fiir das Blech als auch für den Gehäusemantel ein thermisch nur mäßig beanspruchbares Material Verwendung finden kann. Auch gegen chemische Reaktionen ist das Metall durch die Zwischenschicht geschützt, die in an sich bekannter Weise die Poren im Katalysatorkörper schließend ausgebildet sein karni.
• Es ist dengemäß möglich, den Gehäusemantel wahlweise aus einem Stahl, der in gewissen Bereichen hitzebeständig sein muß, oder völlig aus Federstahl auszubilden. Wählt man als Material für den gesamten Gehäusemantel Federstahl, so kann man den Federbügel aus einem Stück mit dem eigentlichen Gehäusemantel fertigen. Andernfalls wird man dem Gehäusemantel aus eine hitzebeständigen Stahl unter Wahrung des erwähnten Spa.lts herstellen und den Federbügel in diesen Spalt einfügen oder auf die Randbereiche des Spalts aufsetzen; die Verbindung kann beispielsweise durch Schweißen hergestellt werde.
• Den Gehäusemantel und den Federbügel wird man stirnsei.-tig mit gasdichten Kappen versehen. Dabei kann die Form des Federbügels in diese in der Regel kegelförmigen Kap pen einlaufen,und zwar unter gleichzeitiger Verringerung des Querschnitts des Federbügels im Bereich der Gehäusekapen.
• Die bisher beschriebenen Einzelheiten der Erfindung galten der Halterung des Katalysatorkörpers vom Umfang her. Es kann zweckmäßig sein, den Katalysatorkörper durch stirnseitig auf ihm aufliegende Metallteile in Achsrichtung zu stützen. Sind diese Metallteile verbunden mit den übrigen Teilen des Gehäuses, so wird bei höheren Temperaturen, wie sie im Betrieb der Vorrichtung auftreten, der Kontakt zwischen diesen Teilen einerseits und den Oberflächen des Katalysatorkörpers andererseits infolge der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten aufgehoben werden. Dies bedeutet jedoch keinen Nachteil, da nach wie vor der Katalysatorkörper ni.cht frei sich bei Erschütterungen bewegen kann, sondern durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Gehäusemantels gehalten ist. Die stirnseitig aufliegenden Metallteile dienen also mehr der einmaligen Ausrichtung des Katalysatorkörpers als seiner dauernden Halterung.
• im einzelnen können diese Metallteile die Form in eine Abgasleitung, in deren Zuge die Vorrichtung angeordnet ist, einmündender Trichter besitzen.
• Die Figuren 1 und 2 zeigen im Quer- und im Längsschnitt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, während Figur 3 eine Einzelheit einer weiteren Ausbildung d.er Erfindung wiedergibt.
• Der in an sich bekannter und daher hier nicht im einzelnen zu beschreibender Weise ausgebildete Katalysatorkörper 1 trägt unmittelbar die wärmeisolierende Zwischenschicht 2, beispielsweise eine Fiberfrax-Matte, dei ihrerseits von dem Blech 3 umgeben ist. Wie der Querschnitt nach Figur 1 zeigt, umschließt das Blech 3 den Katalysatorkörper 1 mit der aufgebrachten wärmeisolierenden Sohicht 2 nicht vollständig, sondern unter Belassung des Spalts 4, der sich bei allen vorkommenden Temperaturen nicht schließen kann. Im Querschnittsbild nach Figur 1 wird die Vorrichtung vervollständigt durch den Gehäusemantel 5, der in diesem Ausführungsbeispiel aus einem wärmebeatändigen Stahl besteht und ebenfalls einen sich im wesentlichen in Richtung der Achse 6 der Vorrichtung erstreckenden Spalt 7 aufweist. Auch dieser Spalt ist so groß gewählt, daß bei allen auftretenden Temperaturen die beiden den Spalt begrenzenden Kanten 8 und 9 des Gehäusernantels 5 nicht zur Auflage aneinander kommen können.
• Wie insbesondere Figur 1 erkennen läßt, ist in diesen Spalt 7 der Federbügel 10 eingesetzt, der im Querschnitt etwa die Form eines Omega besitzt und sich in diesem Ausfiihrungsbeispiel über die gesamte Länge des Gehäusemantels 5 erstreckt. Damit bilden die Teile 5 und 10 ein geschlossenes, gegen Abgase dichtendes Gehäuse.
• Während in dem Ausführungsbeipiel nach den Figuren 1 und 2 der aus Federstahl bestehende Federbügel 10 in den Spalt 7 des Gehäusemantels 5 unmittelbar eingesetzt ist, zeichnet sich die Ausführungsform nach Figur 3 diesbezüglich dadurch aus, daß die Schenkel 20 und 21 des hier mit 22 bezeichneten Federbiigels auf die dem Spalt 23 im Gehäusemantel 24 benachbarten Bereiche 26 und 27 desselben aufgesetzt und dort beispielsweise angeschweißt sind.
• Entsprechende Schweißstellen finden sich bei. 11 und 12 auch in dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2.
• Betrachtet man nun Figur 2, so setzt sich die Form dc-Federbügels 10 bei 13 und 14 fort in Kappen 15 und 16, die konisch in das Abgasrohr 17 auslaufen, in dessen Zuge die erfindungsgemäße Vorrichtung angeordnet ist. Beispielsweise bandelt es sich hierbei um das Auspuffrohr der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges oder eines anderen Fahrzeuges.
• Zur Halterung des Katalysatorkörpers 1 in Richtung der Achse 6 dienen die beiden trichterförmigen Einsätze 18 und 19, die praktisch die Fortsetzung des etwa rohrförmigen Bleches 3 darstellen und sich mit ihren Flächen 20 und 21 bei niedrigen Temperaturen auf äußere Bereiche der jeweils zugekehrten Stirnfläche des Katalysatorkörpcrs 1 auflegen. Wie im unteren Teil der Figur 2 erkennbar, können, da die Teile 5, 10, 15 und 16 ein gasdichtes Gehause bilden, die trichterförmigen Kappen 18 und 19 auch aus gekochtem Material bestehen. Sie sind im Ubrigen in dem Abgasrohr 17 geführt und können infolge der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen der das Gehäuse bildenden Teile einerseits und des Katalysatormaterials andererseits aueh bei starkem Temperaturwechsel keine Beschädigungen des Katalysatorkörpers 1 durch Druck hervorrufen.
• Die Montage der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt zweckmäßigerweise so, daß zunächst der Gehäusemantel nebst Federbügel nur auf einer Seite mit der Kappe, beispielsweise der Kappe 15, versehen und die so gebildete Teilvorrichtung auf den Seite der angeschweißten Kappe abgedichtet wird. Auf der gegenüberliegenden Seite des Gehäusemantels erfolgt dann über geeignete Dichtungen der Anschluß des Innenraumes des so gebildeten Teilgehäuses an eine Druckkammer, in der sich die bereits fertig zusammengefügten übrigen Teile der Vorrichtung befinden.
• Durch Erzeugen von Überdruck in der Druckkammer und damit in dein vorbereiteten Gehäuse wird dieses so weit aufgeweitet, daß die in der Druckkammer bereits enthaltenen inneren Bestandteile der Vorrichtung in das aufgeweitete Gehäuse eingeschoben werden können. Bei Reduzierung des Druckes in der Druckkammer umschließt dann der Gehäusemantel federnd den Katalysatorkörper, worauf die andere Kappe auf den Gehäusemantel aufgesetzt wird.
• Unter einem zylindrischen Gehäusemantel im Sinne der Erfindung ist auch ein im Querschnitt ovaler zu. verstehen.
• Auch bei im Querschnitt mehreckigen, z. B. viereckigen, Gehäuse@änteln, läßt sich die Erfindung anwenden, jedoch müssen dann mehrere Federbügel, vorzugsweise zwischen je zwei Querschnittsecken oder auf solchen Ecken im Federbügel, eingesetzt worden.
• abgedichtet wird. Auf der gegenüberliegenden Seite des Gehäusemantels erfolgt dann über geeigncte Dichtungen der Anschluß des Innenraumes des so gebildeten Teilgehäues an eii.e Druckkammer, in der sich die bereits fertig zusammengefügten übrigen Teile der Vorrichtung befinden.
• Durch Erzeugen von Überdruck in der Druckkammer und damit in den vorbereiteten Gehäuse wird dieses so areit aufgeweitet, daß die in der Druckkammer bereits, exjthaltenen inneren Festandteile der V Vorrichtung in das aufgeweitete Gehäuse eingeschoben werden können. Bei Reduzierung des Druckes in der Druckkammer umschließt dann der Gehäusemantel federnd den Katalysatorkörper, worauf die andere Kappe auf den Gehäusemantel aufgesetzt wird.
• Unter einem zylindrischen Gehäusemantel im Sinne der Erfindung ist auch ein im Querschnitt ovaler zu verstehen.
• Auch bei im Querschnitt mehreckigen, z. B. viereckigen, Gehäuse @@@@@@@ läßt sich die Erfindung anwenden, jedoch müssen dann mehrere Federbügel, vorzugsweise zwischen je zwei Querschnittsecken oder auf solchen Ecken im Federbügel, eingesetzt werden.

Claims (11)

1. A N S P R Ü C H E

   Vorrichtung zur katalytischen Abg@sreinigung, insbesondere für Kraftfahrzeugmotoren, mit zumindest einem Katalysatorkörper, einem diesen unter Zwischenfügung einer wärmeisolierenden Schicht umgebenden zylindrischen Gehäusemantel sowie Federmitteln zum Ausgleich der Unterschiede der thermischen Ausdehnungskoeffizienten von katalysatorkörper und Gehäusemantel, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusemantel (5) zumindest einen zumindest ungefähr parallel zu seiner Achse (6) verlaufenden Spalt (7) aufweist, der durch einen mit dem Gehäusemantel (5) im Bereich beider Spaltränder (8, 9) verbundenen, auf Zug beanspruchten Federbtigel (10) solcher Dimensionierung überbrückt ist, daß der Katalysatorkörper (i) bei allen auftretenden Terc peraturen unter Vorspnnung steht.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unter dem Spalt (7) im Gehäusemantel (5) ein über den Umfang nicllt geschlossenes Blech (3) liegt.
3. 3. Vorrichtung nach An aspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechenden sich über den Umfang überlappen.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekellnzeichnet, daß sich der Federbügel (10) über die ganze Länge des Gehäusemantels erstreckt.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Federbügel im Querschnitt zumindest ungefähr die Form eines # besitzt.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusemantel (5) und der Federbügel (10) stirnseit;ig mit ga.sd.ichten Kappen (15, 16) versehen sind.
7. '7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysatorkörper (1) durch stirnseitig auf ihm aufliegende Metallteile (18, 19) in Achsrichtung gestützt ist.
8. 8. Vorrichtung nac-h Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die lletallteile die Form von in eine Abgasleitung (17) einmündenden Trichtern (18, 19) besitzen.
9. 9. Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Gehäusemantel (5) und Federbügel (10) gebildete Einheit einseitig dicht abgeschlossen und an der anderen Seite dicht mit einer den mit der wärmeisolierenden Schicht (2j versehenen Katalysatorkörper (1) enthaltenden Druckkanmer verbunden wird, daß der Gehäusemantel (5) durch Druckerköhung gespreizt und der Katalysatorkörper (1) eingesetzt wird und daß nach Entfernen der Druckkammer die restlichen Teile der Vorrichtung montiert werden.
10. 10. Abänderung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem im Querschnitt mehreckigen Gehäusemantel in diesem mehrere Spalte und demgemäß mehrere Federbügel vorgesehen sind.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Federbügel im Bereich von Querschnittseck.en des Gehäusemantels angeordnet sind.

    L e e r s e i t e