DE8709184U1

DE8709184U1 - Vorrichtung zur katalytischen Reinigung von Abgasen

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Publication number: DE8709184U1
Application number: DE8709184U
Authority: DE
Original assignee: Witzenmann GmbH
Current assignee: Witzenmann GmbH
Priority date: 1987-05-27
Filing date: 1987-05-27
Publication date: 1987-09-17

Description

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AMAUlEMSTRASSE 28
KARLSRUHE 1

TELEFON (0721) ZSTtS'3 TEtEFAX (0721) 2H 05

Witzenmann GmbH Metallschi auch-Fabrik PförzheH, Dstliehe Karl-Friedlich^Straße 134, 7530 Pf&ogr;r&zgr;heim

Vorrichtung zur kataiyti sehen Reinigung von Abgasen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur katalytischer! Reinigung von Abgasen, insbesondere von Brennkraftmaschinen, mit mit einem Abgaszutritt und einem Abgasaustritt versehenen Gehäuse und wenigstens einem darin gelagerten Katalysatorträger, wobei zur Lagerung des Katalysatorträgers zwischen dessen im wesentlichen zur Strömungsrichtung des Abgases parallelen Außenkontur und der zugeordneten Gehäusewandung wenigstens ein gewelltes, den Katalysatorträger quer zur Richtung des Abgasstromes vollständig umgebendes Teil aus temperatur- und korrosionsbeständigem Metalldraht angeordnet ist.

Derartige Vorrichtungen können quer zur Strömungsrichtung des Abgases kreisförmigen, aber auch ovalen oder einen

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sonst wie geeigneten Querschnitt aufweisen, Wobei sieh in dieser Beziehung die Bau form nach den EinbauVerhältnissen insbesondere auf der Unterseite eines Kraftfahrzeuges richtet. Dabei ist das Gehäuse in der Regel aus zwei parallel zum Äbgasstrom angeordneten Halbschalen im Zuge der Mgntierung zusammengesetzt, wobei die Halbscnä-1en entlang ihrer Trennfuge miteinander verschweißt oder sonstwie miteinander verbunden sind. Selbstverständlich sind auch andere geeignete Bauformen des Gehäuses, insbesondere ohne Schalenbauweise denkbar und sollen von der Erfindung mit umfaßt sein.

Bezüglich des Katalysatorträges kommt es darauf an, diesen fest aber ausreichend abgefedert im Gehäuse zu lagern. Dies einmal deshalb, weil der Katalysatorträger bekanntlich äußerst empfindlich gegen harte Stoßbelastungen ist, wie sie sich aus den Fahrbewegungen eines Kraftfahrzeuges sowie den Schwingungen des Abgasstromes ergeben·. Dies zum anderen deshalb, weil die temperaturbedingtetr Wärmedehnungen von Katalysatorträger einerseits und Gehäuse andererseits unterschiedlich sind und folglich ausgeglichen werden müssen.

Hierzu dient im bekannten Falle, das den Katalysatorträger umgebende, ihn gegenüber der Gehäusewandung abstützende gewellte Teil, dessen Wellung etwa einen sinusförmigen Verlauf hat. Hier istjjedoch nachteilig, daß eine solche Heilung eine verhältnismäßig weiche Federung ergibt, so daß das gewellte Teil den Katalysatorträger nicht genügend festzuhalten vermag. Versuche, dem beispielsweise

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durch festeres Aufsetzen der das Gehäuse bildende Scha= len zu begegnen_s bewirken lediglich, daß sich die einzelnen Wellen in ungeordnete)* Form seitlich umlegen und somit bezüglich der Halterung des Katalysator trägers unüberschaubare und unsymmetrische Verhältnisse entstehen, die sogar dazu führen können, daß der Katalysatorträger unter auftretenden Schwingungen in eine bevorzugte Richtung innerhalb des Gehäuses zu wandern trachtet. Steigert man die Festigkeit, mit der das Gehäuse aufgesetzt wird, so führt dies schließlich zu weitgehend flach gelegten Wellen und einem plötzlichen Anstieg der Federsteifigkeit des gewellten Teiles, so daß nun^ mehr die Lagerung des Katalysatorträgers im Gehäuse zu starr ist und schnell zu Beschädigungen des Katalysatorträgers führt_ä Diesen Umständen kann man selbst durch sehr umsichtige Handhabung mit der Absicht, den günstigsten Mittelweg zu finden, nicht begegnen, da die Fertigungstoleranzen der hier zusammenzubauenden Teile sich in einem größeren Bereich bewegen und ihre jeweilige Summenwirkung nicht ausreichend vorhersehbar ist.

Man hat daher auch versucht, das gewellte Teil mehrlagig auszubilden, um den einzelnen Wellen eine größere Stabilität von Dauerhaftigkeit ihrer Gestalt zu geben. Auch damit konnten jedoch die vorstehend geschilderten grundsätzlichen Verhaltensweisen des gewellten Teiles nicht beseitigt werden und es wurde außerdem eine ohnehin mit dem bekannten gewellten Teilen verbundene negative Erscheinung verstärkt, die darin besteht, daß die verhält-

nismäßig "scharfkantigen" Scheitel der mit dem Katalysatorträger in Berührung kommenden Wellen sich in das Material des Katalysatorträgers einarbeiten, wodurch der Katalysatorträger verhältnismäßig schnell zerstört wird und sich gleichermaßen die bei der Montage erzeugte Federvorspannung des gewellten Teiles abbaut.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art bezüglich des gewellten Teiles eine Bauform anzugeben, die unter Behebung der vorstehend geschilderten Mängel eine feste, gleichmäßig orientierte, von Fertigungstoleranzen unabhängige und Beschädigungen des Katalysatorträgers ausschließende Lagerung des Katalysatorträgers im Gehäuse erlaubt, wobei gegenüber den bekannten Sauformen kein Mehraufwand, sei es materialmäßig, sei es hinsichtlich der sonstigen Gestehungskosten entstehen sol I.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wellung des Teiles omegaförmig ausgebildet ist, derart, daß im eingebauten Zustand die aufeinander zu gerichtteten Flankenteile der jeweils .benachbarten Wellenberge und Wellentäler aneinander liegen.

Diese Maßnahme hat die Wirkung, daß beim Zusammenbau der Vorrichtung die Wellenberge bzw. Wellentöler innerhalb überschaubarer und vorherbestimmbarer Grenzen mehr oder weniger flach gedrückt werden können, ohne daß dabei die einzelnen Wellen dazu neigen, sich seitlich umzulegen bzw, nachzulegen, so daß der symmetrische Aufbau

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des gewellten Teiles erhalten bleibt und somit auch nicht eine einseitige Wanderungstendenz des Katalysator trägers entstehen kann.

Darüber hinaus ändert sich zwar die Größe der Federvo-. spannung, je nach dem wie stark das gewellte Teil bei der Montage zusammengedrückt wird. Diese Änderung ist jedoch linear, so daß unerwartete Progressionen oder Degressionen der Federvorspannung bei der Montage entfallen.

Dadurch, daß benachbarte Wellenberge bzw. Wellentäler des erfindungsgemäßen gewellten Teiles parallel zur Oberfläche des Katalysatorträgers gegeneinander abgestützt sind, ergibt sich verglichen mit den bekannten Bauformen eine wesentlich bessere bzw. tragfähigere Anstützung des Katalysatorträgers in Längsrichtung bzw. parallel zu seiner Oberfläche, so daß das gewellte Teil eine Funktion nicht nur im wesentlichen radial zum Katalysatorträger erfüllt.

Ferner führt die erfindungsgemäße Ausbildung der Wellenberge bzw. Wellentäler zu einer vergleichsweise großflächigen Anlage gegenüber dem Katalysatorträger, so daß es hier nicht mehr zu Punkt- oder Linienbelastungen und entsprechend auch nicht mehr zu zerstörenden Einflüssen dadurch kommen kann, daß das Material des Katalysatorträgers örtlich zerstört bzw. abgetragen wird.

Da ersichtlich das in der erfindungsgemäßen Weise gewellte Teil in sich fester bzw. stabiler ist, lassen sich die Fertigungstoieranzen der zusammenzubauenden Teile der

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Vorrichtung enger im Bereich eines bestimmten Maßes halten, da sich bei dem gewellten Teil nunmehr verglichen mit den bekannten Bauformen die Federvorspannung über einen kürzeren Weg aufbaut, hierzu also nicht ein größerer Montagespielraum zur Verfügung gehalten v»erden muß, wodurch schließlich auch die Montage erleichtert und gerade auch im Hinblick auf eine Automatisierung überschaubarer ist.

Je nach den Verhältnissen des Einzelfalles kann sich das gewellte Teil über die ganze Länge des Katalysatorträgers ertrecken, im anderen Falle besteht jedoch auch die Möglichkeit, daß über die Länge des Katalysatorträgers mehrere Teile angeordnet sind, wobei dann aber bezogen auf die Strömungsr'· chtung des Abgases wenigstens je ein Teil am Anfang und Ende des jeweiligen Katalysatorträgers angeordnet sein muß. Im letztgenannten Falle ist also bereits davon Gebrauch gemacht, daß durch die erfindungsgemäße Ausbildung eine wesentlich festere und sicherere Halterung des Katalysatorträgers eintritt, so daß man sich mit einzelnen gewellten Abschnitten, verteilt über die Länge des Katalysatorträgers zur Halterung zufriedengeben kann. Dann kann der übrige Zwischenraum zwischen Katalysatorträger und Gehäuse durch eine Sparlagerung gefüllt sein, also ein einfacheres und billigeres Material, das allein zur Lagerung des Katalysatorträgers nicht geeignet wäre. Hierzu kann beispielsweise ein Metal 1faserflies ausreichend sein, mit dem allein an sich eine federnde Abstützung nicht möglich wäre. Die Wellen des gewellten Teiles können quer zur Strömungsrichtung des Abgases um den Kata-

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lysatorträger umlaufend ausgebildet sein, es besteht jedoch auch die Möglichkeit, daß die Wellen des Teiles parallel zur Strömungsrichtung des Abgases verlaufen. Welche dieser Möglichkeiten den Vorzug findet, richtet sich wiederum nach den jeweiligen konstruktiven und belastungsseitigen Gegebenheiten.

Eine andere Möglichkeit kann darin bestehen, daß die Wellen des gewellten Teiles schräg zur Strömungsrichtung des Abgases angeordnet sind.

In allen Fällen kann das gewellte Teil aus einem Drahtgestricke, -gewebe oder -geflecht bestehen, also Materialien, die sich gleichmäßig maschinell mit sehr gutem inneren Verbund herstellen lassen. Dabei kann für die Ausbildungsformen mit quer oder parallel zur Strömungsrichtung des Abgases gelagener Wellung gleichzeitig die Herstellung des gewellten Teiles als nahtlos geschlossener Strumpf erfolgen, beispielsweise also in Form eines Gestrickestrumpfeü, der anschließend der Wellung in der erfindungsgemäßen Form unterzogen wird.

Im Falle der schräg zur Strömungsrichtung des Abgases verlaufenden Wellung ist es zweckmäßig, das gewellte Teil als eine schraubengangförmig um den Katalysatorträger gewickelte Matte auszubilden, die die erfindungsgemäße Wellung eingeprägt enthält, wobei es zweckmäßig ist, daß die Wellen eines solchen mattenförmigen Teils quer, schräg oder parallel zur Längsrichtung der Matte angeordnet sind, wodurch die Herstellung der Wellung erleichtert ist.

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Ferner⁴ erscheint es vorteilhaft, daß das gewellte Tell den Katalysatorträger am jeweilige« Ende Überragt. Hier ist darauf Bezug genommenj daß sich das den Katalysator^ träger enthaltende Gehäuse in der Regel ausgehend von der den Katalysatorträger umfassenden Kontur zum Abgas= einiäß und Abgasäusläß hin trichterförmig verjüngt« Ist nun das gewellte Teil über die Enden des Katalysatorträgers hinausgeführt, so kommt es an den Stirnseiten des Katäiysätorträgers zwischen diesem und der sich konisch verjüngenden Gehäusewandung zu lieqen und kann damit in zusätzlicher Weise der Axialabstützung der Stirnkanten des Katalysatorträgers dienen.

Weiterhin kann es zweckmäßig sein, daß das gewellte Teil mit einem Strömungshemmenden Füllstoff, insbesondere in Form von Glimmer oder Keramikfasern versehen ist. Diese Maßnahme verhindert, daß unliebsame Abgasmengen den Katalysatorträger auf dem Weg Über das wellenförmige Teil umgehen und folglich nicht in der gewünschten Weise an der katalytischen Reinigung teilnehmen.

Schließlich ist hervorzuheben, daß das erfindungsgemäß gewellte Teil einlagig ausgebildet sein kann, wodurch die Herstellung und Montage vereinfacht und verbilligt

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

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Pig, I den axiäleii Häibschnitt einer Vorrichtung zur katalytisehen Reinigung von Abgasen und

Fig, 2 die perspektivische Ansicht einer Abwandlung der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ohne Gehäuse=

Gemäß Fig. 1 weist ein Katalysatorgehäuse 1 einen Abgas* zutritt 2 und einen Abgasaustfitt 3 aus, von d,§ &eegr; &rgr; ri aus sich das Göhäuse konisch auf den den Katalysatorträger aufnehmenden Raum erweitert.

Im vorliegenden Falle ist der Katalysatorträger 4 und entsprechend der ihn aufnehmende Gehäuseraum kreiszyiindrisch ausgebildet,

Die Abstützung des Katalysatorträgers 4 gegenüber dem Gehäuse 1 erfolgt über ein gewelltes Teil 5_S das den Katalysatorträger 4 über seinen ganzen Umfang umgibt und mit einer schraubengangförmig verlaufenden Wellung versehen ist, die im wesentlichen quer zu dem zwischen Stutzen 2 und Stutzen 3 gehenden Abgasstrom um den Katalysatorträger 4 umläuft, wie dies durch die Innenansicht des gewellten Teiles 5 bei der Ziffer 9 ersichtlich ist, wo der Katalysatorträger 4 fortgebrochen ist.

Das gewellte Teil 5 kann beispielsweise ein Strumpf aus einem Metalldrahtgestricke sein.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind die einzelnen Wellen des Teiles 5 omegaförmig ausgebildet, so daß sich die

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aufeinander zucj£ri chteten Flänkenteile derjeweils benachbarten Wellenberge 6 bzw» Wellentäler 7 berühren und damit gegeneinander abstützen.

An den Enden des Katalysatorträgers 4 steht das gewellte Teil 5 über und ist dort in der dargestellten Weise zu- «ammengerol 11, um so eirv Polster zwischen den Siifnkanten des Katalysatorträgers 4 und dem Gehäuse &Idigr; zu bilden.

Das Gehäuse 1 kann in der hier nicht näher dargestellten Weise aus zwei Halbschalen zusammengesetzt sein, die beispielsweise entlang der durch die Achse 8 senkrecht zur Zeichenebene gebildeten Ebene miteinander verschweißt sein können.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines in das Gehäuse 1 gemäß Fig* I bringbaren Einsatz einer abgewandelten Bauform, wobei wiederum auf der Grundlage eines kreisförmigen Querschnittes ein Katalysatorträger 10 von einem gewellten Teil 11 umgeben und durch dieses gegen das in Fig. 2 nicht dargestellte Gehäuse abgestützt ist.

In diesem Falle verläuft die ebenfalls omegaförnng ausgebildete Wellung bezogen auf das Beispiel gemäß Fig.l fxrailel zum Abgasstrom, so daß die einzelnen Wellen in Umfangsrichtung des Katalysatorträgers 10 pralle! nebeneinander liegen.

Auch hier kann das gewellte Teil 11 aus einem nahtlosen Strumpf aus einem Metalldrahtgestricke, -gewebe oder -geflecht bestehen, der im Anschluß an seine Fertigung

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mit der dargestellten ömegaförmigen WeI lung Versehen wurde,

DaS Material des gewellten Teiles 5 bzw. 11 kann mit einem strömungshemmenden Füllstoff, beispielsweise Glimmer oder Ksranifkfäsern versehen sein, um eine Umgehung des Kätälysätorträgers 4 bzw* 10 durch Teile des Abgasstromes zu verhindern·

Die dargestellten Beispiele zeigen die Herstellung des gewellten Teiles aus durchgehend zylindrischem Material. Sei bstvers'cd'ndl ich kann es fertigungstechnisch besonders einfach und zweckmäßig sein, in der vor der Figurenbeschreibung geschilderten Art den Katalysatorträger schraubertgangförmig durch entsprechendes Bandmaterial zu umwickeln, in das die omegaförmige Wellung eingebracht, wurde.

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PATENTANWÄLTE " "" " " 01.07.1987

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DFL-IMG. H. J. BROMMER

AMALI ENSTRASSc 28
KARLSRUHE 1

TELEFON (0721) 28778-9 TELEFAX (0721) 2110S

Witzenmann GmbH Metall sch!auch-Fabrik Pforzheim, östliche Karl-Friedrich-Straße 134, 7530 Pforzheim

SCHUTZANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zur katalytisehen Reinigung von Abgasen, insbesondere v^n Brennkraftmaschinen, mit mit einem Abgaszutritt und einem Abgasaustritt versehenen Gehäuse und wenigstens einem darin gelagerten Katalysatorträger , wobei zur Lagerung des Katalysatorträgers zwischen dessen im wesentlichen zur Strömungsrichtung des Abgases parallelen Außenkontur und der zugeordneten Gehäusewandung wenigstens ein gewelltes, den Katalysatorträger quer zur Richtung des Abgasstromes vollständig umgebendes Teil aus temperatur- und korrosionsbeständigem Metalldraht angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Wellung (6, 7) des Teiles (5, 11) omegaförmig ausgebildet ist derart, daß im eingebauten Zustand die

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aufeinander zu gerichteten Flankenteile der jeweils benachbarten Wellenberge (6) und Wellentäler (7) aneinander liegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 das gewellte Teil (5, 11) sich über die ganze Länge des Katalysatorträgers (4, 10) erstreckt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über die Länge des Katalysatorträgers mehrere gewellte Teile angeordnet sind, wobei bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases wenigstens je ein Teil am Anfang und Ende des Katalysatorträgers angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen des gewellten Tei les (5) quer zur Strömungsr, chtung des Abgases um den Katalysatorträger (4) umlaufend ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen des gewellten Teiles (11) paralüsl zur Strömungsrichtung des Abgases verlaufen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen des gewellten Teiles schräg zur Strömungsrichtung des Abgases angeordnet sind.

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7» Vorrichtung nach einem der voPhefgehenden Anspfüöhe, dadurch gekennzeichnet, daß das gewellte Teil (5, 11) aus einem Drahtgestricke,-gewebe oder -geflecht besteht.

8, Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das gewellte Teil (S₁ in aus si = nefti Drähtstrumpf besteht,

9. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7 dadurch gekenn^ zeichnet, daß das gewellte Teil eine schraubengangförntig um den Katalysatorträger gewickelte Matte ist.

&Igr;&Ogr;. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet» daß die Wellen des gewellten Teiles quer, schräg oder parallel zur Längsrichtung der Matte angeordnet sind. |

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Anspruches | dadurch gekennzeichnet, daß das gewellte Teil (5* 11) | den Katalysatorträger (4, 10) am jeweiligen Ende über- |

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12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß das gewellte Teil (5, 11) I

mit einem stiromungshemmenden Füllstoff, insbesondere ^

in Form von Glimmer oder Keramikfasern versehen ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Anspruches dadurch gekennzeichnet, daß das gewellte Teil (5, 11) einlagig ausgebildet ist.