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Anordnung zur Abgasentgiftung mit einem Katalysatoreinsatz Die Erfindung
betrifft eine Anordnung zur Abgasentgiftung mit einem in einem Gehäuse über Haltemittel
gehaltenen Katalysatoreinsatz.
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Bei derartigen Anordnungen tritt, wie übrigens auch bei solchen mit
einem Behälter zur Aufnahme eines Katalysators in Form von Schüttgut, das Problem
der Halterung des Einsatzkörpers auf, da die verschiedenen thermischen Ausdehnungskoe
ffizienten bei den unterschiedlichen Temperaturen, die in einer derartigen Anordnung
herrschen, zu berücksichtigen sind. Besonders vordringlich wird dieses Problem bei
Katalysatoreinsatzkörpern, da diese gegenüber den für das Gehäuse und den übrigen
Metallteilen der Anordnung verwendeten Materialien einen verschwindend kleinen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten besitzen.
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Es ist bekannt, Katalysatoreinsätze von ihrem äußeren
Umfang
her im Gehäuse zu halten. Dabei hat sich aber herausgestellt, daß eine derartige
Beaufschlagung des Außenmantels des Katalysatoreinsatzes mit den zur Halterung erforderlichen
Kräften, die noch dazu in ihrer Größe mit der Temperatur stark schwanken, leicht
zu mechanischen Beschädigungen des Einsatzes führen kann, und zwar zunächst zu-einer
örtlichen Beschädigung, die aber zu einer Lockerung des Einsatzes im Gehäuse führt,
so daß bei stärkeren Erschütterungen schließlich der gesamte Einsatzkörper zerstört
werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der oben
bezeichneten Art, d. h. speziell eine solche mit einem Katalysatoreinsatz, so auszubilden,
daß die genannten Nachteile bekannter Anordnungen vermieden sind. Die erfindungsgemäße
Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß die Haltemittel einen sich
längs der gemeinsamen Achse von Einsatz und Gehäuse erstreckenden Schaft enthalten,
der in Richtung der Achse nur mit einem aus einer der Stirnflächen des Einsatzes
herausragenden Ende im Gehäuse festgelegt sowie örtlich mit dem Einsatz verbunden
ist, den er frei schwebend innerhalb des Gehäuses hält.
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Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Anordnung ist also
in der schwebenden Lagerung des Katalysatoreinsatzes innerhalb des Gehäuses zu sehen,
so daß bei keiner auftretenden Temperatur eine Berührung zwischen dem Katalysatoreinsatz
einerseits und dem Gehäuse bzw. mit ihm verbundenen Teilen andererseits auftritt,
demgemäß Beschädigungen durch derartige Berührungen ausgeschlossen sind. Da aber
der erfindungsgemäß
vorgesehene Schaft einerseits im Gehäuse abgestützt
werden muß und es andererseits erforderlich ist, die Unterschiede zwischen seinem
thermischen Ausdehnungskoeffizienten und demjenigen des Katalysatormaterials zu
berücksichtigen, wird der Schaft gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung nur
im Bereich eines seiner aus dem Katalysatoreinsatz herausragenden Enden in Richtung
der Achse der Anordnung fest gelagert, während sein anderes aus dem Katalysatoreinsatz
herausragendes Ende nur abgestützt wird, so daß es in axialer Richtung relativ zu
dieser mit dem Gehäuse bzw. angeschlossenen Rohren verbundenen Abstützung verschiebbar
ist. Ferner wird den unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von
Katalysatormaterial und Schaftmaterial dadurch Rechnung getragen, daß der Schaft
nur örtlich mit dem Einsatz verbunden ist. Darunter ist eine stellenweise Verbindung
zu verstehen, die dann, wenn der Schaft gemäß einer Ausführungsform der Erfindung
in Richtung der Achse einteilig ausgebildet ist, also beispielsweise durch ein durchgehendes
Rohr oder eine durchgehende Stange realisiert ist, in einer möglichst punktweisen
Verbindung zwischen Schaft und Katalysator zweckmäßigerweise im mittleren Bereich
desselben gebildet wird. Diese Verbindung kann beispielsweise durch ein innerhalb
des Katalysatoreinsatzes bei der Herstellung desselben vorgesehenes Teil aus Porzellan
oder anderem hitzebeständigen Material hergestellt sein, das beispielsweise über
ein kurzes Gewinde mit dem Schaft verbindbar ist. Verständlicherweise gibt es hier
eine Vielzahl konstruktiver Möglichkeiten, wobei nur die Bedingung erfüllt werden
muß, daß sich eine in Achsrichtung der Anordnung so kurze Verbindungsstelle
ergibt,
daß die Unterschiede der thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Schaftmaterial
und Katalysatormaterial nicht zu einer Beschädigung oder gar Zerstörung des Katalysatoreinsatzes
führen können. In diesem Sinne ist der Begriff örtliche Verbindung" im Sinne der
Erfindung zu verstehen.
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Während bei einem einteiligen, also durchgehenden Schaft eine einzige
örtliche Verbindung der bezeichneten Art vorgesehen sein wird, sieht eine andere
Ausführungsform der Erfindung, bei der der Schaft durch zwei in Richtung der Achse
mit Abstand aufeinanderfolgende Schaftteile gebildet ist, die von jeweils einer
der Stirnseiten des Einsatzes aus teilweise in diesen hineinragen, vor, die'Schaftteile
an jeweils einer Stelle mit dem Einsatz zu verbinden; ferner ist ein Schaftteil
mit seinem aus der Stirnfläche des Einsatzes herausragenden Ende in Richtung der
Achse im Gehäuse festgelegt, dagegen der andere Schaftteil mit seinem aus der Stirnfläche
des Gehäuses herausragenden Ende in Richtung der Achse verschiebbar im Gehäuse abgestützt.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird der Schaft also durch zwei jeweils
nur teilweise von dem Einsatz aufgenommene Schaftteile gebildet, die jeweils an
einer Stelle (örtlich") mit dem Einsatz in axialer Richtung fest verbunden sind
und von denen nur ein Schaftteil mit seinem außerhalb des Einsatzes befindlichen
Endbereich in axialer Richtung unverschiebbar festgelegt ist, während der andere
Schaftteil in axialer Richtung verschiebbar im Gehäuse oder einem an dieses angeschlossenen
Rohr abgestützt ist.
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Wie bereits diese Ausführungen zeigen, bestehen insbesondere
dadurch
Unterschiede zwischen der Erfindung und der Vorrichtung nach der deutschen Patentschrift
1.297 626, 14 k - 3/14, daß bei dieser bekannten Vorrichtung das Katalysatormaterial
lose in einer Aufnahme angeordnet ist, so daß sich dort nicht die Aufgabe stellt,
die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auch der für den Katalysator
und für seine. Halterung verwendeten Materialien zu berücksichtigen. Aus. derv deutschen
Patentschrift geht lediglich als bekannt hervor, zur Berücksichtigung der thermischen
Ausdehnungskoeffizienten der für das Gehäuse der Anordnung und der für die Katalysatoraufnahme
verwendeten Materialien die Aufnahme nur im Bereich ihres einen Endes in axialer
Richtung fest mit dem Gehäuse zu verbinden, dagegen an der anderen Stirnseite der
Aufnahme eine Zapfenlagerung für diese vorzusehen, die axiale Relativbewegungen
zwischen Aufnahme und Gehäuse zuläßt.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung hält also der Schaft den Katalysatoreinsatz
frei schwebend innerhalb des Gehäuses. Dies bedeutet, daß keine Berührung zwischen
Teilen des Gehäuses und dem Katalysatormateriäl auftritt, und zwar innerhalb des
gesamten Temperaturbereichs, in dem die Anordnung arbeitet. Die Halterung des Einsatzes
erfolgt allein über den Schaft, zu dessen Festlegung bzw. Abstützung mit Gasdurchtritten
versehene Querwände im Gehäuse und/oder in angeschlossenen Rohren vorgesehen sein
können.
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Zwischem dem Umfang des Katalysatoreinsatzes einerseits und dem Gehäusemantel
andererseits besteht zur Wahrung dieser schwebenden Lagerung ein Zwischenraum, der
beispielsweise mit Stahlwolle oder anderem Material gefüllt
sein
kann, damit er keinen Bypass für die zu reinigenden Gase bildet. Diesen Zwischenraum
wird man durch derart weit außerhalb der axialen Erstreckung des Einsatzes angeordnete
Abgasabweiser abdecken, daß Berührungen zwischen diesen und dem Einsatz bei allen
auftretenden Temperaturen vermieden sind. Diese Abgasabweiser haben zweckmäßigerweise
die Form von Ringscheiben, die unmittelbar in das Gehäuse eingesetzt sind.
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Die Figuren zeigen drei Ausführungsbeispiele der Erfindung, und zwar
die Figuren 1, 3 und 4 in jeweils einem Längsschnitt, während Figur 2 eine stirnseitige
Ansicht der Ausführungsform nach Figur 1 wiedergibt.
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In dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und ? ist der Katalysatoreinsatz
1 allein mittels des durchgehenden, einteiligen Schafts 2 in dem Gehäuse 3 gehalten,
das im Zuge der Abgasleitung 4 angeordnet ist. Der Schaft 2 ist in dem Katalysatoreinsatz
1 nur in dessen mittleren Bereich beispielsweise unter Verwendung eines Porzellaneinsatzes
5 örtlich festgelegt, so daß durch unterschiedliche Wärmedehnungen von Katalysatominsatz
1 und Schaft 2 keine Spannungen an der Verbindung zwischen diesen beiden Teilen
auftreten können.
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Zur Berücksichtigung der thermischen Ausdehnungen des Gehäuses 3 und
des Schafts 2 ist der Schaft 2 nur im Bereich seines einen Endes 6 in Richtung der
Achse 7 der Anordnung fest gelagert, und zwar mittels der mit Gasdurchtrittslöchern
versehenen Querwand 8 im Gehäuse 3, mit der er durch die Mutter 9 verbunden ist.
Im Bereich seines anderen freien Endes 10 ragt der Schaft 2 dagegen in eine nur
als Abstützung ausgebildete Querwand 11
hinein, die ebenfalls mit
Gasdurchtrittsöffnungen versehen ist. An dieser Stelle erfolgt mithin keine in Achsrichtung
wirksame Festlegung des Schafts 2, so daß an dieser Stelle durch thermische Ausdehnungen-bedingte
Relativbewegungen zwischen Schaft 2 und Querwand 11 möglich sind.
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Durch den Schaft 2 wird der Katalysatoreinsatz-1 frei schwebend innerhalb
des Gehäuses 3 gehalten. Dazu ist es erforderlich, alle übrigen Teile, wie das Gehäuse
selbst und mit diesem fest verbundene Konstruktionsteile, in einem solchen Abstand
von dem Einsatz 1 anzuordnen, daß bei allen auftretenden Temperaturen keine Berührungen
zwischen dem Einsatz 1 einerseits und diesen Teilen vorkommen. Zu diesem Zweck besteht
zwischen dem Einsatz 1 und dem- Mantel des Gehäuses 3 ein entsprechend dimensionierter
Zwischenraum 13, der in diesem Ausführungsbeispiel mit einer nur den Gasdurchtritt
behindernden Zwischenlage 14, beispielsweise aus Stahlwolle, ausgefüllt ist. Zur
Verhinderung eines Gasdurchtritts durch den Zwischenraum 13 dienen auch die Abgasabweiser
15 und 16, die als in das Gehäuse in solchem Abstand von den benachbarten Stirnflächen
des Einsatzes 1 fest eingesetzte Ringscheiben ausgebildet sind, daß bei allen auftretenden
Temperaturen eine Beruhrung zwischen dem Einsatz 1 einerseits und den Abgasabweisenf15
und 16 andererseits ausgeschlossen ist.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 liegt wiederum ein durchgehender
Schaft 30 vor, der also den Einsatz 31-vollständig längs der Achse 32 durchsetzt,
nur örtlich bei 33 mit dem Einsatz 31 verbunden ist und nur im Bereich eines Endes,
nämlich seines Endbereiches 34, in k
Achsrichtung fest mit dem Gehäuse
35 verbunden ist. Die Verbindung erfolgt hier nicht direkt mit dem Gehäuse, sondern
mit dem Abgasrohr 36, das an der Stelle seiner Verbindung mit dem Gehäuse 35 gekrümmt
ist. Die Festlegung ist wiederum mittels einer Mutter 37 vorgenommen, die auf das
mit einem Gewinde versehene Ende 34 des Schafts 30 aufgeschraubt ist.
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Der andere Endbereich 38 des Schafts 30 dagegen ist in Achsrichtung
verschiebbar mittels der Querwand 39 abgestützt, die ebenfalls in das Abgasrohr
36 eingesetzt und mit Gasdurchtrittsöffnungen versehen ist. Im übrigen ist die Konstruktion
dieselbe wie diejenige in dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2, d. h.
es sind auch eine Zwischenlage 40 sowie Abgasabweiser 41 und 42 vorhanden.
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Z In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 4 wird der Katalysatoreinsatz
50 in dem Gehäuse 51 mittels eines Schafts gehalten, der aus zwei Schaftteilen 52
und 53 besteht, die in axialer Richtung unter Wahrung eines Abstandes aufeinander
folgen. Beide Schaftteile 52 und 53 sind an einer Stelle 54 und 55 in axialer Richtung
fest mit dem Einsatz 50 verbunden; dagegen ist nur der Schaftteil 52 durch die Verschraubung
56 über die mit Gasdurchtrittsöffnungen versehene Querwand 57 in axialer Richtung
festgehalten, während der andere Schaftteil 53 in bereits beschriebener Weise mittels
der Querwand 58 nur abgestützt ist und demgemäß axiale Relativbewegungen ausführen
kann. Der Katalysatoreinsatz kann auch aus mehreren Teilen bestehen.