DE2216772A1 - Elastische halterung fuer keramische monolithische katalysatorkoerper - Google Patents

Description

KALI - CHEMIE Hannover, den 28. 3. 1972

Aktiengesellschaft Z 3-PA Dr.Scho/wa

PATENTANMELDUNG

Elastische Halterungfür keramische monolithische Katalysatorkörper

Gegenstand der Erfindung ist eine elastische Halterung für keramische monolithische Körper, die als Katalysatorträger vornehmlich in Vorrichtungen zur Entgiftung von Abgasen eingesetzt werden.

Die Verwendung von keramischen Katalysatorträgern mit bienenwabenähnlicher Struktur zur Reinigung von Abgasen, insbesondere von Autoabgasen, ist bekannt. Diese Wabenkörper kombinieren zwei Vorteile. Einerseits besitzen sie eine große Oberfläche pro Volumeneinheit, andererseits ist der Strömungswiderstand gering. Eine gewisse Schwierigkeit für ihre Verwendung in Vorrichtungen zur Entgiftung von Autoabgasen besteht in ihrer elastischen Lagerung·/ Durch die beim Fahren auftretenden Stöße und Vibrationen werden die Wabenkörper mechanisch stark beansprucht, so daß es schließlich zu einer Zerstörung des Katalysatorträgers kommen kann.

Es sind daher bereits elastische Halterungen für solche Wabenkörper vorgeschlagen worden. So wird in der US-Patentschrift

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5 44". 382 eine Katalysatorpatrone beschrieben, die aus einem keramischen monolithischen Katalysatorelement besteht, das in einem Metallgehäuse untergebracht ist, wobei sich zwischen dem Katalysator und dem Gehäuse eine Wärmeisoliermasse, wie z. B. feuerfeste Ziegel, geschmolzenes tf-Aluminiumoxid usw., befindet. Mittels einer Metallfeder, die verstellbar ist, wird auf die Isoliermasse ein Druck ausgeübt, so daß der Katalysatorkörper in seiner Stellung festgehalten wird. Eine solche Halterung hat sich jedoch als nicht elastisch genug erwiesen. Der auf den Katalysatorkörper ausgeübte Druck ist zu groß und nicht gleichmäßig genug verteil⁴, um eine allmähliche mechanische Zerstörung des Wabenkörpers zu verhindern.

Eine andere Vorrichtung zur katalytischen Reingung von Autoabgasen ist in der DAS 1 476 507 beschrieben. In dieser Vorrichtung ist der monolithische Katalysatorkörper in einem zylindrischen Gehäuse zwischen zwei mit dem Gehäuse gasdicht verbundenen Ringflanschen untergebracht. In dem Ringspalt zwischen Gehäuse und Katalysatorkörper ist ein federndes gewelltes Teil, beispielsweise ein gewellter Maschendraht, angeordnet, das den Kataljrsatorkörper eng umgibt.

Bei der Prüfung durch die Kraftfahrzeug-Industrie mit schnelllaufenden Ottomotoren hat sich jedoch herausgestellt, daß die gewellten Metallgeflechteinlagen der hohen thermischen und mechanischen Beanspruchung nicht standhalten, auch wenn das Metallgeflecht aus hitzebeständigem Stahl besteht. Der im Metallgeflecht eingebettete Keramikkörper beginnt zu wandern, wenn die Einspannwirkung durch das Drahtgeflecht verloren geht. Infolge der hohen Beanspruchung setzt dann rasche die Zerstörung des keramischen Körpers ein.

Die erfindungsgemäße elastische Halterung für keramische monolithische Katalysatorkörper vermeidet diese Nachteile. Sie

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besteht aus einem geschlossenen Metallgehäuse 1, das entweder starr, wie in Fig. 1, oder mit weichen Wellen 2b an den Enden des zylindrischen Teils und mit härteren Wellen 4 innerhalb des zylindrischen Teils, wie nach Fig. 4, ausgeführt ist. Der keramische monolithische Wabenkörper 3 wird in dem Gehäuse 1 nach Fig. 1 mit Hilfe von Wellkompensatoren 2a achsial eingespannt. Diese Wellkompensatoren sitzen in den zum Gehäuse gehörenden, ringförmig umlaufenden Taschen 5, die zur Achse des Gehäuses hin in einen zylindrischen Stutzen 6 oder einen kegligen Stutzen 7 übergehen. Die Taschen 5 werden nicht vom ■ Gas durchströmt, da die Kompensatoren 2a neben ihrer Funktion als elastische Halter den Gasverschluß bewirken. Durch die breiten Luftspalte '6a + 7a, die ggf. auch mit einem Isoliermaterial ausgefüllt werden können, bleiben die Kompensatoren 2a im Fahrbetrieb verhältnismäßig kalt, so daß sie ihre federnden Eigenschaften nicht verlieren. Der Wabenkörper 3 ist entweder direkt zwischen die Spannenden 8 der Kompensatoren 2a gespannt oder mit keramischen Ringen 9 oder einer keramischen Hülse 10 nach Fig. 2 fest verbunden, so daß die Spannenden 8 an den Ringen oder der Hülse mit Vorspannung anliegen. Zur besseren Abdichtung kann zwischen den Ringen 9 bzw. Hülse 10 und Spannenden 8 eine keramische Watte 9a eingelegt sein. Zur besseren Gasverteilung kann eine Lochscheibe 11 aus hitzebeständigem Stahl oder aus keramischem Material zwischen den Kompensatoren und dem Monolith eingespannt sein.

Die Kompensatoren 2a erhalten eine so große Vorspannung, daß

1. unterschiedliche Wärmedehnungen vollständig kompensiert werden und

2. sowohl in achsialer als auch in jeder radialen Richtung die hohen Beschleunigungskräfte abgefangen werden, ohne daß Monolith und Kompensator sich voneinander abheben.

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Eine weitere Variante der erfindungsgemäßen elastischen Aufhängung zeigt Fig. 3. Hierbei wird der eigentliche Gasabschluß durch einen besonders weichen Wellkompensator 12 erreicht, der auf der einen Seite mit seinem Fuß am Boden der Tasche 5 und auf der anderen Seite an dem Monolithen 3 oder einem losen Zwischenflansch 14 anliegt oder mit diesem Zwischenflansch fest verbunden ist. Die mechanische Abfederung des Monolithen erfolgt jetzt über eine Schraubenfeder 13, die ebenfalls mit einem Ende am Boden der Tasche 5 und mit dem anderen Ende an dem Ringflansch 14 anliegt.

Bei der Vorrichtung nach Fig. 4 sind die Kompensatoren 2b nicht in abgeschlossenen Kammern untergebracht, sondern in einem Teil der Außenwand des Gehäuses. Der Kompensator 4 ist ebenfalls Teil der Außenwand des Gehäuses 1. Er hat ein wesentlich härteres elastisches Verhalten als die Kompensatoren 2b. Kompensator 4 erhält bei Einbringung des Monolithen 3 eine so starke Vorspannung, daß die Spannenden 8 sich im Betrieb durch Wärmedehnungen und mechanische Belastungen nicht vom Monolithen 3 abheben können. Sie sind mit den zylindrischen Stutzen 6 und den Flanschen 5 bzw. 5a fest verbunden, z. B. verschweißt. Die Flanschen 5 + 5a sind miteinander durch drei oder mehr Schraubenbolzen 15 fest verbunden.

Die Erfindung wird im einzelnen durch die Abbildungen 1 bis 4 erläutert:

Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung.

Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch den Wabenkörper mit Außenhülse und ihre Aufhängung.

Figur 3 zeigt einen Längsschnitt durch eine alternative Ausführung der federnden Elemente.

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Figur 4 zeigt einen Längsschnitt durch eine Alternativausführung der Vorrichtung.

In der Fig. 1 bedeuten 1 das äußere starre Metallgehäuse, 2a die federnden Kompensatoren aus einem metallischen Werkstoff, 3 den monolithischen Katalysatorkörper, 5 die in der Längsachse vorgezogenen Taschen, die Bestandteil des Gehäuses 1 sind, 6 und 7 die Gasstutzen in verschiedener Ausführung, durch die im Fahrbetrieb das Abgas geleitet wird, 6a und 7a die Zwischenräume zwischen 5 und 6 bzw. 5 und 7, 8 die Spannenden der Kompensatoren 2a, 9 die mit 3 verbundenen keramischen Ringe, 9a hitzebeständiges Dichtungsmaterial und 11 die Gasverteilerscheibe.

In der Fig. 2 bedeuten 3 den monolithischen Katalysatorkörper, 8 die Spannenden der Kompensatoren, 10 die mit 3 fest verbundene keramische Außenhülse.

In der Fig. 3 bedeuten 3 den monolithischen Katalysatorkörper, 5 die in Achsrichtung nach außen gezogenen Ringkammern, 12 einen zur Gasdichtung dienenden weichen Wellkompensator, 13 eine umlaufende Schraubenfeder und 14 einen losen Zwischenflansch.

In der Fig. 4 bedeuten 1 das äußere Metallgehäuse, 2b die Wellkompensator en, die mit dem zylindrischen Teil von 1 fest verbunden sind, 4 einen Kompensator • innerhalb des zylindrischen Teils von 1, 3 den Katalysatorkörper, 5 und 5a Endflansche, die mit dem Gehäuse fest verbunden sind, 6 die zylindrischen Stutzen des Gehäuses und 7 die Übergangsstutzen des Gehäuses auf den Durchmesser des Abgasrohres.

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Claims (6)

Patentansprüche

1. Elastische Halterung für monolithische Katalysatorkörper, nach Fig. 1, insbesondere für Abgasentgiftungs-Vorrichtungen, bestehend aus einem metallischen Gehäuse 1, das gleichzeitig Außenwand einer Abgasleitung ist und das beidseitig in Achsrichtung herausragende umlaufende Kammern 5 besitzt, in denen federnde Wellkompensatoren 2a geführt sind, die über ihre Spannenden 8 und eine aufgebrachte Vorspannung den Katalysatorkörper 3 achsial federnd einspannen.

2. Elastische Halterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysatorträger 3 an den Enden mit diesem fest verbundene keramische Ringe 9 oder eine über die ganze Länge des Katalysatorkörpers sich erstreckende keramische Hülse 10, die ebenfalls mit 3 fest verbunden ist, trägt, an denen die Spanneinrichtung anliegt.

3. Elastische Halterung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Katalysatorträger 3 bzw. den Ringen 9 oder den Enden der Hülse 10 und den Spannenden 8 ein hitzebeständiges Dichtungsmaterial 9a, z. B. eine keramische Watte, eingelegt ist.

4. Elastische Halterung nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß zur besseren Gasverteilung zwischen den Spannenden 8 und dem Katalysatorträger eine Lochscheibe eingespannt ist.

5. Elastische Halterung nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß statt der federnden Einspannung durch die Wellkompensatoren 2a Schraubenfedern 13 verwendet werden,

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und daß die Gasabdichtung über einen v/eichen Kompensator 12 erfolgt, der einerseits auf dem Boden der Kammer 5 fest aufliegt oder dort fest verbunden ist, andererseits an dem Katalysatorkörper 3 oder einem Zwischenflansch 14 fest aufliegt.

6. Elastische Halterung nach den Ansprüchen 1 - 5> dadurch gekennzeichnet, daß die weichen federnden Wellkompensatoren 2b nach Fig. 4 einerseits mit den Enden des ^lindrischen Teils des metallischen Außengehäuses 1, in dessen · Mitte ein harter Wellrohrkompensator 4 eingeschweißt ist, andererseits mit den zylindrischen Stutzen 6 und den Flanschen 5 und 5a fest verbunden sind, wobei die Flanschen 5 und 5a untereinander mit drei oder mehr Schraubenbolzen 15 fest verspannt sind, und die Spannenden 8 des zylindrischen Gehäuseteils über eine durch den Kompensator 4 aufgebrachte Vorspannung den monolithischen Katalysatorkörper 3 einspannen.

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