DE2412863C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elastische Halterung eines kera­ mischen monolithischen Katalysatorkörpers in einem vom Abgas einer Brennkraftmaschine durchströmten Gehäuse, bestehend aus einem in dem Gehäuse angeordneten steifen winkelförmigen Haltering, der einen radial nach innen gerichteten Schenkel aufweist, sowie aus einem ringförmigen Bauteil höherer Elasti­ zität.

Es hat sich gezeigt, daß besonders gut Katalysatoren aus monolithisch aufgebauten Trägerkörpern, die aus einem zusammen­ hängenden Gerippe aus porösem keramischem Material bestehen, geeignet sind. Die in diesen Wabenkörpern gebildeten Strömungs­ kanäle haben üblicherweise quadratischen oder trapezförmigen Querschnitt mit einer lichten Weite zwischen 1 und 3 mm². Da­ durch ergeben sich eine Vielzahl von parallelen Strömungs­ kanälen mit nahezu konstantem Querschnittsverlauf. Ein derartiger keramischer Wabenkörper ist z. B. in der DE-OS 14 76 507 be­ schrieben. Diese bekannten Wabenkörper haben verhältnismäßig geringe mechanische Festigkeit und sind gegenüber Beanspruchung durch schnell wechselnde Temperaturen sehr anfällig. Der Wärme­ ausdehnungskoeffizient ist bei diesen Wabenkörpern merklich kleiner als der bei den zur Halterung des Wabenkörpers in Frage kommenden Metallegierungen. Deshalb bereitet die direkte Halte­ rung des Wabenkörpers in einer starren Blechkonstruktion erheb­ liche Schwierigkeiten. Versuche, den Wabenkörper mit einer Zwischenlage aus hochhitzebeständiger Keramikfaser im Metall­ gehäuse einzubetten, wurden ebenfalls durchgeführt, sie führten jedoch nicht zum Erfolg. Die starke Pulsation der Motorabgase mit dynamischen Wechseldrücken von mehreren Zehntel Atmosphären zerstört in Zusammenwirkung mit den hohen Gastemperaturen von ca. 800°C oder noch mehr innerhalb weniger Betriebsstunden die Keramikfaser.

Bei einer bekannten Halterung dieser Gattung (GB-PS 9 31 096) besteht der monolithische Katalysatorkörper aus einem Element, bei welchem die wirksame Schicht als gewellter Film zwischen dünnen Platten angeordnet und samt diesen spiralförmig gewickelt und von einer keramischen Schicht umgeben in einem Gehäuse eingesetzt ist, wobei zwischen der keramischen Schicht (Pos. 22 in Figur 2) und dem Gehäuse eine Mineralwolleschicht (Pos. 25 in Figur 2) zur radialen Halterung des Katalysatorkörpers angeordnet ist. Als Umströmungsschutz und zur Halterung der Mineralwolleschicht ist ein keramischer Halte­ ring mit winkelförmigem Querschnitt beidseitig der Anordnung eingepaßt, wobei der eine Schenkel des Halteringes radial nach innen gerichtet ist und der andere Schenkel parallel zum Gehäuse verläuft. Dieser keramische Haltering ist als starres Bauteil und infolge seiner Lagerung unmittelbar an dem nach innen ge­ zogenen Gehäuseabschnitt jedoch nicht in der Lage, die infolge der thermischen Belastung zwischen dem Katalysatorkörper und dem Gehäuse auftretenden Längenänderungen aufzunehmen und den Katalysatorkörper sicher in seiner Lage zu halten ohne diesen durch die auftretenden Spannungen zu verletzen.

Ausgehend von dieser bekannten Halterung lag die Aufgabe vor, die Katalysatorhalterung so zu gestalten, daß bei einfacher Ausgestaltung die Längenänderungen zwischen Gehäuse und Kata­ lysatorkörper und auch die eine Verschiebung des Katalysatorkörpers be­ wirkenden Kräfte aufgefangen werden können bei gleichzeitigem Schutz des Katalysatorkörpers gegen Umströmen von ungereinigtem Ab­ gas.

Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Halterung erfindungs­ gemäß durch gelöst, daß als ringförmiges Bauteil ein biege­ weiches Formteil an dem einen, radial nach innen gerichteten Schenkel des Halterings befestigt ist und an dem anderen, am Gehäuse entlanggeführten Schenkel verschiebbar anliegt und daß dieses biegeweiche Formteil mit Abstand zur Befestigungs­ stelle sich zum Katalysatorkörper hin sprunghaft auf einen größeren Durchmesser erweitert, so daß ein im Querschnitt an­ nähernd kastenförmiges, eine der Umfassung des Katalysator­ körpers dienende Stufe aufweisendes Profil entsteht.

Es hat sich gezeigt, daß mit der gemäß der Erfindung ausgebil­ deten elastisch wirkenden Halterung in besonders einfacher Weise eine sichere Halterung des Katalysatorkörpers möglich ist, wobei außerdem verhindert wird, daß sich der Katalysatorkörper während des Betriebes in der Halterung lockert.

Dadurch, daß das biegeweiche Formteil nur an einer Seite mit dem Haltewinkel fest verbunden ist, bildet die andere Seite des biegeweichen Formteils mit dem steifen Haltewinkel einen Schiebesitz, so daß die Längenänderungen zwischen Gehäuse und Katalysatorkörper, aber auch die eine Verschiebung des Waben­ katalysators bewirkenden Kräfte aufgefangen werden können.

Gegenstand des älteren Patents DE 22 61 663 ist zwar bereits eine gattungs­ ähnliche elastische Halterung, bei welcher ein winkelförmiges Halteelement hohl und dünnwandig ausgebildet und mit Metallgestrick oder keramischen Fasern gefüllt ist. Mit diesem Halteelement ist zwar eine Verbesserung der Halterung er­ reicht, sie ist jedoch nicht für die Aufnahme größerer Längen­ änderungen geeignet und schwieriger zu fertigen. Außerdem setzt sie der Ausdehnung des Mono­ lithen einen großen Widerstand entgegen, so daß dessen Randzone der Gefahr der Zerstörung aus­ gesetzt ist.

Um die Elastizität der erfindungsgemäßen Halterung noch weiter zu verbessern, ist gemäß einer Weiterführung vorgesehen, daß in dem vor dem Katalysatorkörper liegenden Teil des biegeweichen Formteiles mindestens eine Sicke eingeprägt ist. Durch diese Maßnahme kann, insbesondere in Verbindung mit dem erfindungsge­ mäßen Schiebesitz des biegeweichen Teiles, eine größere Ver­ schiebung des Katalysatorkörpers elastisch aufgefangen werden, ohne seine Randzone zu gefährden.

Für Anordnungen, bei denen eine geringere Elastizität gewünscht ist oder ein Abfangen größerer Kräfte, die infolge höherer Temperatur auftreten, ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der Hohlraum des Profils mit hitzebeständigem Material gefüllt. Hierzu eigenet sich z. B. Keramikfaser.

Einzelheiten der Erfindung sind anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher er­ läutert und beschrieben.

Der keramische monolithische Wabenkatalysator (Katalysatorkörper 1) soll in dem Gehäuse 7 befestigt werden. Dieses Gehäuse 7 ist ein Teil in der Abgasführung einer Brennkraftmaschine.

Der Anschluß an die Abgasleitung erfolgt über den kegelförmigen Abschnitt 12 des Gehäuses 7. Das Gehäuse 7 kann geteilt und mittels Flanschen verbunden ausgebildet sein, um den Einbau des Waben­ katalysators 1 zu ermöglichen, jedoch sind auch andere Konstruk­ tionen möglich. Die im folgenden beschriebene elastische Halterung kann an beiden Seiten oder an nur einer Seite des Wabenkatalysators 1 angeordnet sein. Im letzteren Fall wird die Halterung besonders günstig in der Abgasströmungsrichtung hinter dem Wabenkatalysator 1 angeordnet.

Die Halterung besteht aus einem steifen ringförmigen Haltering bzw. Haltewinkel 2, der mittels der Schweißnaht 16 mit dem Gehäuse 7 fest verbunden ist. An diesem Haltewinkel 2 ist an dem radial nach innen ragenden Ende eine Abkröpfung vorgesehen, um das biegeweiche Formteil 3 mittels der Schweißung 9 zu befestigen. An dem anderen, an dem Gehäuse 7 ent­ langgeführten Schenkel des Haltewinkels 2 liegt das Endstück des Formteils 3 an und bildet einen Schiebesitz 10, so daß eine Be­ weglichkeit des Formteils 3 gewährleistet ist. Das Formteil 3 ist dabei derart ausgebildet, daß der mit dem kurzen Schenkel des Halte­ winkels 2 über die Schweißung 9 fest verbundene Abschnitt zunächst parallel zu dem Gehäuse 7 geführt ist, daß er sodann in Richtung auf das Gehäuse 7 versetzt weitergeführt wird, so daß eine Anlege­ kante 13 für den Wabenkatalysator 1 entsteht. Das Formteil 3 wird sodann abgekröpft zu dem Schiebesitz 10 ausgebildet. Durch diese Formgebung entsteht zwischen dem Haltewinkel 2 und dem Formteil 3 ein Hohlraum von kastenförmigem Profil 4. Dieser Hohlraum kann bei Bedarf mit hitzebeständigem Material 6 gefüllt sein. Mit dieser Maßnahme läßt sich auch eine Änderung in der Elastizität der Halte­ einrichtung bewirken.

Um die Elastzität weiter zu erhöhen, kann in dem einen vor dem Wabenkatalysator 1 liegenden Teil des Formteiles 3 eine Sicke 5 eingeprägt sein. Diese Sicke 5 wirkt mit dem Schiebesitz 10 zu­ sammen und nimmt die axialen Lageänderungen bzw. Spannungen des Wabenkatalysators 1 auf.

Schließlich ist noch, ausgehend von dem kegelförmigen Abschnitt 12 des Gehäuses 7, ein als Abschirmung gegen das Abgas wirkendes rohr­ förmiges Bauteil 8 mittels der Schweißung 11 angeordnet. Dieses Teil 8 ragt in Achsrichtung in das Gehäuse 7 und endet in einem solchen Abstand von der Abkröpfung im Formteil 2 zur Bildung der Anlegekante 13, das gegenüber dieser Kante 13 ein Spalt 15 entsteht. Im zusammengebauten Zustand liegt dieser Spalt 15 zwischen dem vorderen Rand des Bauteiles 8 und der Stirnseite des Wabenkatalysators 1. Diese Abschirmung 8 schützt die ela­ stische Halterung insbesondere im radialen Schenkel des Halte­ winkels 2 und den Abschnitt mit der Sicke 5 des Formteils 3 vor dem direkten Zutritt des durchströmenden Abgases.

Wie in der Zeichnung ferner dargestellt, ist der Raum zwischen dem Wabenkatalysator 1 und dem Gehäuse 7 mit einer Isolation 14, z. B. Keramikfaser oder Mineralwolle, ausgefüllt.

Claims (3)

1. Halterung eines keramischen monolithischen Katalysator­ körpers in einem vom Abgas einer Brennkraftmaschine durch­ strömten Gehäuse, bestehend aus einem in dem Gehäuse ange­ ordneten steifen winkelförmigen Haltering, der einen radial nach innen gerichteten Schenkel und einen am Gehäuse entlanggeführten Schenkel aufweist, sowie aus einem ring­ förmigen Bauteil höherer Elastizität, dadurch gekennzeichnet, daß als ringförmiges Bauteil ein biegeweiches Formteil (3) an dem einen, radial nach innen gerichteten Schenkel des Halterings (2) befestigt ist und an dem anderen, am Gehäuse (7) entlanggeführten Schenkel verschiebbar anliegt und daß dieses biegeweiche Formteil (3) mit Abstand zur Befestigungs­ stelle (9) sich zum Katalysatorkörper (1) hin sprunghaft auf einen größeren Durchmesser erweitert, so daß ein im Querschnitt annähernd kastenförmiges, eine der Umfassung des Katalysatorkörpers dienende Stufe aufweisendes Profil (4) entsteht.

2. Halterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem vor dem Katalysatorkörper (1) liegenden Teil des biege­ weichen Formteiles (3) mindestens eine Sicke (5) eingeprägt ist.

3. Halterung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum des Profils (4) mit hitzebeständigem Material gefüllt ist.