DE2209487A1

DE2209487A1 - Elastische halterung fuer keramische monolithische katalysatorkoerper

Info

Publication number: DE2209487A1
Application number: DE19722209487
Authority: DE
Inventors: Reimar Dipl Ing Musall; Wilhelm Dipl Ing Walsing
Original assignee: Kali Chemie AG
Current assignee: Kali Chemie AG
Priority date: 1972-02-29
Filing date: 1972-02-29
Publication date: 1973-09-13

Description

Elastische Halterung fUr keramische monolithische Katalysatorkörper Gegenstand der Erfindung ist eine elastische Halterung für keramische monolithische Korper, 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 3 441 382 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 « -Aluminiumoxid usw., befindet. Mittels einer Metallfeder, die verstellbar ist, wird auf die Isoliermasse ein Druck ausgeübt, so daß der Katalysator körper 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 verteilt, um eine allmähliche mechanische Zerstörung des Wabenkörpers zu verhindern.
Eine andere Vorrichtung zur katalytischen Reinigung von Autoabgasen ist in der DAS 1 476 507 beschrieben. In dieser Vorrichtung ist der monolithische Katalysatorkörper in einem zylindrischen Gehäuse zwischen zwei mitvdem Gehäuse gasdicht verbundenen Ringflanschen untergebracht. In dem Ringspalt zwischen Gehäuse und Katalysatorkörper ist ein federndes gewelltes Teil, beispielsweise ein gewellter Maschendraht, angeordnet, das den Katalysatorkörper 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 hochhitzebeständigem Stahl besteht. Der im Metallgeflecht eingebettete Keramikkörper fängt an zu wandern, wenn die Einspannwirkung durch das Drahtgeflecht verloren geht.
Durch die hohe Schwingungsbeanspruchung erfolgt dann rasch die Zerstörung des keramischen Körpers.
Die erfindungsgemäße elastische Halterung für keramische monolithische Katalysatorkörper vermeidet diese Nachteile. Sie be-' steht aus einem metallischen Wellrohr 1, das gleichzeitig Außenwand einer Abgasleitung ist und das mit Hilfe der ihm aufgebrachten Vorspannung den monolithischen Katalysatorkörper 7, der gegebenenfalls starr mit einer keramischen Hülse 6 verbunden ist, zwischen zwei Ringflanschen 2 oder Segmentflanschen 11, die in die Außenwellen 12 eingebracht sind, axial fest einspannt.
Das Wellrohr besteht aus einem elastischen Werkstoff, der auch bei den Jeweils auftretenden Außentemperaturen seine elastischen Eigenschaften nicht verliert. Vorzugsweise wird hitzebeständiger Stahl verwendet. Es dient gleichzeitig als Außenmantel einer Abgas- bzw. Auspuffleitung. Es spannt mit Hilfe seiner Federkraft den Katalysatorkörper in axialer Richtung zwischen zwei Ringflanschen ein.
Um die hohen axialen Einspannkräfte von dem Monolithen abzufangen, kann dieser mit einem keramischen Hohlzylinder umgeben sein. Diese tragende Hülse, die bis zu einigen Millimetern dick sein kann, ist entweder bereits von der Herstellung her, beispielsweise durch einen Brennprozeß, fest mit dem Katalysatorkörper verbunden oder der Katalysatorkörper wird mit einem hitzebeständigen Zement in die keramische Hülse eingekittet.
Gleichzeitig dient die Hülse als thermische Isolierung des Wellrohres gegen die heißen Abgase. Bei mechanisch festeren Monolith-Katalysatorkörpern können die Einspannkräfte, ausgeübt durch die beiden Ringflansche, direkt auf den Monolithen übertragen werden, so daß sich der Einbau des Katalysatorkörpers in einen keramischen Hohlzylinder erübrigt.
Die Vorspannung des Wellrohres wird derart bemessen, daß sich die starr mit ihm verbundenen Ringflansche im praktischen Fahrbetrieb von dem Katalysatorkörper bzw. von seiner keramischen Hülse nicht abheben können. Die Größe der Einspannkraft läßt sich durch Anzahl und Tiefe der Wellen wie durch die Dicke des Bleches des Wellrohres auf die Jeweiligen Festigkeitseigenschaften des einzuspannenden Monolithen abstimmen.
Die den Katalysatorkörper bzw. die mit dem Katalysatorkörper fest verbundene keramische Hülse haltenden Flansche sind entweder mit dem Wellrohr fest verbunden oder werden als Einzelsegmente in Rillen des Wellrohres eingelegt. Ringflansch und Katalysatorkörper bzw. keramische Hülse müssen nicht unmittelbar aufeinander liegen; zwischen beide kann eine Dichtscheibe eingelegt sein.
Das Wellrohr ist zwar dadurch, daß es unmittelbar mit der umgebenden Luft über seine große Oberfläche in Berührung ist, gegen Uberhitzung geschützt; als weiterer Schutz vor heißen Abgasen kann zwischen Katalysatorkörper bzw. keramischer Hülse und Wellrohr ein Zwischenraum vorgesehen sein, der zur Erhöhung der Isolierwirkung mit einem keramischen Isoliermaterial, wie beispielsweise keramischer Watte, ausgefüllt werden kann.
Das keramische Isoliermaterial dient nicht nur der zusätzlichen Wärmeisolierung, sondern verhindert auch mit einer noch größeren Sicherheit das Durchströmen von Gas durch den Spalt zwischen Wellrohr und Katalysatorkörper bzw. keramischer Hülse.
Um die Federvorspannung des Wellrqhres nicht zu beeinflussen, soll die keramische Watte nach Möglichkeit nicht in die Wellen des Wellrohres eindringen. Zur Abschirmung des Wellrohres dient deshalb ein Hohlzylinder aus dünnem hitzebeständigen Blech, der einseitig starr mit dem Wellrohr verbunden ist und auf der anderen Seite ein freies Spiel von einigen Millimetern hat.
Dieser dünne Blechzylinder soll außerdem ein Verbiegen des Wellrohres über die Achse zwischen den Ringflanschen verhindern.
Nebenbei erfüllt er noch die Funktion eines zusätzlichen Strahlungsschutzes.
Die Erfindung wird im einzelnen durch die Abbildungen 1 bis 5 erläutert, Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung, Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie 2-2 in Figur 1, Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine alternative Ausführungsform der elastischen Halterung, Fig. 4 einen Querschnitt nac) der Linie @@@ in Figur 3, Fig. 5 einen Längsschnitt durch die alternative Ausführungsform der Erfindung mit einem Übergangsstück auf einen Anschlußstutzen mit kleinere@ Durchmesser.
In den Abbildungen bedeuten t das Wellrohr @us digem Material, 2 die starr mit diesem verbundenen Ringflansche, 7 den monolithischen katalysatorkörper, 6 die keramische Hülse, 3 die Kragen, die gegenüber dem Katalysaterkörper 7 bzw. der keramischen Hülse 6 etwas Spiel haben 8 die zwischen Flansch 2 und Katalysatorkörper 7 bzw. keramische Hülse 6 eingelegte Dichtungsscheibe, 5 das Isoliermaterial in dem Zwischenraum 18 zwischen Hülse 6 und Wellrohr 1, 4 der einseitig fest mit dem Wellrohr verbundene Blechzylinder 4.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind an den Enden des Wellrohrgehäuses 1 elastische Anschlußstutzen 9 vorgesehen, die ihre Elastizität durch die Wortführung der Wellen 10 nach einem zylindrischen Übergangsstück 17 erhalten. Die Anschlußstutzen können aus dem gleicher oder aus einem anderen Material wie das Wellrohr 1 bestehen. Sie können durch Wahl von dünnerem Blech und höherer Ausbildung und Anzahl der Wellen oder durch Verringerung des Durchmessers, wie in Fig. 5 dargestellt, weicher sein als das Wellrohr 1.
Die Anschlußstutzen 9 können auch aus einem glatten Metallrohr bestehen; die Fortführung der Wellen 10 ist nicht unbedingt erforderlich.
Die Einspannung des Katalysatorkörpers 7 bzw. der keramischen Hülse 6 kann auch nach Fig. 3 zwischen Kreisringsegmenten 11 erfolgen. Die Kreisringsegmente bestehen aus den Teilen 11a, lib und 11c wie in Fig. 4 dargestellt. Sie werden in die passenden Wellen 12a und 12b eingelegt. Bei der Konstruktion nach Fig. 3 können die elastischen Stutzen 9 aus den Fortsetzungen 13 der Wellen des Wellrohres 1 bestehen.
In Fig. 5 erfolgt die Einspannung des Katalysatorkörpers bzw. der keramischen Hülse 6 über einen Ringflansch 15, der einerseits mit dem Ende des Wellrohres 1, andererseits mit dem Ubergangsstück 16 auf den Stutzen 19 mit kleinerem Durchmesser fest verbunden ist. Der Stutzen 19 kann mit Wellen 14 versehen sein.

Claims

Patentansprüche

Elastische Halterung für monolìthiscLe Xatalysatrkörper, insbesondere für Abgasentgiftungsvorrichtungen, bestehend aus einem metallischen Wellrohr 1, das gleichzeitig Außenwand einer Abgasleitung ist und das mit Hilfe der ihm aufgebrachten Vorspannung den monolithischen Katalysatorkörper 7, der gegebenenfalls starr mit einer keramischen Hülse 6 verbunden ist, zwischen zwei Ringflanschen 2 oder Segmentflanschen 11, die in die Außenwellen 12 eingebracht sind, axial fest einspannt.
2. Elastisches Gehäuse nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Katalysatorkörper 7 bzw. keramischer Hülse 6 und Wellrohr 1 ein Zwischenraum 18 vorhanden ist, der mit Gas oder einem Isoliermaterial ausgefüllt ist.
3. Gehäuse nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß der isolierende Zwischenraum mit einem keramischen Isoliermaterial, vorzugsweise einer keramischen Watte ausgefüllt ist.
4. Gehäuse nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß eine metallische Schutzhülse einseitig an dem Wellrohr 1 befestigt ist und auf der anderen Seite Spiel besitzt.
5. Gehäuse nach den Ansprüchen 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Enden des Wellrohres 1 nach zylindrischem Ubergang 17 Stutzen 9 befestigt sind, die elastische Wellen 10 haben oder aus Fortsetzungen 13 der Wellen des Wellrohres 1 bestehen.
6. Gehäuse nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der elastischen Stutzen 9 die gewellten elastischen Stutzen 19 treten, die einen kleineren Durchmesser als das Wellrohr 1 besitzen und mit diesem durch ein übliches Ubergangsstück von einem kleinen auf einen großen Durchmesser verbunden sind, wobei das Ende des Ubergangsstückes mit dem großen Durchmesser einen nach außen gedrückten Kragen 15 hat, der mit den geraden Enden des Wellrohres 1 fest verbunden ist und der so ausgebildet ist, daß er den Katalysatorkörper 7 bzw. die keramische Hülse 6 axial hält.