DE2243251A1 - Vorrichtung zur reinigung von abgasen von brennkraftmaschinen - Google Patents

Vorrichtung zur reinigung von abgasen von brennkraftmaschinen

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Description

PATENTANWÄLTE I)IPL.-IXG. C. STOEPEL · DIPL.-ING. Λ^. GOLLWITZER · DIPL.-ING. F. AV. MOLL.
674 LANDAU/PFALZ · Alt SCHÜTZENHOF
TEL. 00341/3000.0033 · TKXSX 433333 POSTSCHECK! 67 !,ITQWIOSIIAFEN 27503 · BANK: DEUTSCHS BANK 67«
- 1. September 1972 N
raul G i 1 1 e t GmbH., Edenkoben/Pfalz
"Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen von Brennkraftmaschinen"
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen von Brennkraftmaschinen und geht dabei von solchen Vorrichtungen aus, die mit sogenannten Monolithen ausgestattet sind, d, h. Keramikkörper», die als Träger für die notwendigen Katalysatoren dienen. Solche Vorrichtungen werden in aller Regel den üblichen Schalldämpfern in Abgasabfiihrungen von Verbrennungskraftmaschinen in eigenen Gehäusen vorgeschaltet. Die Monolithen sind gegen mechanische Einflüsse verhältnismäßig empfindlich, so daß es besonderer Anstrengungen bedarf, eine eimvandfreie Lagerung für diese in dem sie umgebenden Gehäuse zu finden. Die Ausbildung der Lagerung zieht wiederum Probleme in dem gesamten konstruktiven Aufbau der Vorrichtung nach sich, insbesondere wem; man berücksichtigt,
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(laß es sich mn ein Massenprodukt handelt, bei welchem entsprechende Anforderungen an den Herstcllungsablouf bestehen, wenn ir.on des weiteren berücksichtigt, da Π die Vorrichtung vorzugsweise, wenn sie in Kraftfahrzeugen eingebaut iat, im Betrieb außerordentlich hohen Beanspruchungen mechanischer Art unterworfen ist, din zinn einen von den .beim Fahren auftretenden Erschütterungen herrühren, zum anderen aber vor aHorn durch die Einwirkungen dos hochfrequenten pulsicrcndon Gasstroncs, der durch die Vorrichtung zu führen ist, bedingt sind. In gleicher V,reise wird der Monolith und das Gehäuse η ehr hohen Tomperoturbelastungen und -Schwankungen unterworfen, weil je naoh dem Anfall von nachbrennbaren CO-Anteilcn und je nach Motorbolostung sehr hohe Temperatnrsteigcriin- Zon bi3 zu über 1000 °C stattfinden können.
Es wurde dcrigcnKß schon versucht, Lösungen die insbesondere für die Lagerung des Monolithen in umgebenden Gehäuse zu finden, die eine schnelle Zerstörung des Monolithen in Betrieb verhindern soll. Nach der DAS 1.176.507 wird hierzu vorgeschlagen, den Monolithen mit einem Mantel aus gewelltem Material zu umgeben, entweder aus gewellten Blech, oder auch aus gewelltem Maschendraht und die ganze Anordnung boidseits stirnseitig durch noch innen gerichtete Flansche des auHeren Gehäuses abzustutzen.
Damit wird sicherlich eine genügende elastische Lagerung und Abstützung des Monolithen in Radialrichtung erreicht. Die hauptsächlich auf den Monolithen einwirkenden Kräfte sind aber axial ausgerichtet. Sie rühren ja im.wesentlichen von dem den Monolithen in Axialrichtung durchströmenden Abgasstron her. Dabei ist vor allen zu berücksichtigen, daß dieser hochfrequente pulsierende Abgasstrom, irarcer wieder Bereiche durchläuft und auch in diesen stehenbleiben kann, in welchen in den mechanischen Teilen· der Vorrichtung Resonanzen auftreten. Schließlich ist zu berücksichtigen, daß die Vorrichtung wechselnden Temperaturen in
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einen nolir breiten Temperaturbereich nnterworlen wird und der tcr.iperatnr"Oedingte Ansdchmmgslcoef fizieiit des nur. Kornmiknsterial bestehenden Monolithen sich in x<qsontlichem Λ Ti stand von .demjenigen eier umgebenden metallischen Teile der Vorrichtung befindet.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, 1 litte1 und Wege zu finden, die eine Lagerung des Monolithen in der Vorrichtung sicherstellen, die den hohen Anforderungen, die auf Grund der vorstehend'beschriebenen Umstände entstehen, gewachsen ist. Es kommt" hinzu, daß die Vorrichtung, trotzdem diese Lagerung die gestellten Anforderungen in vollem Umfange erfüllt, den Anforderungen des IIerstellungsprozessos,die bei einem ausgesprochenen Massenprodukt bestehen, genügt, v/oboi zu berücksichtigen ist, daß die Empfindlichkeit des Monolithen nicht etwa erst im Betrieb,· sondern auch bereits bei der Herstellung zu Beschädigungen desselben führen kann.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch eine'Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen von Brennkraftmaschinen mit einem oder mehreren in einem Gehäuse gelagerten Monolithen dadurch, daß der oder die Monolithen in ihren Stirnkantenbereichen durch einen die radialen KrUfte und einen weiteren die axialen Kräfte aufnehmenden Ring aus CtahldrahtpreKlingen abgestützt sind.
Diese Stfhldrahtpreßlinge können in einfacher Yteise aus vorpreßter Stahlwolle oder Edelstahlwolle bestehen. Als besonders vorteilhaft haben sich jedoch Ringe aus Edelstahldrahtgestrick erwiesen.
Diese .Ringe sind in gewissem Umfange v/oicuelos-tisoh, sie besitzen eine genügende Eigendämpfung, so daß vor allem die go fürchte ton Itesonanzorschoinungcn, die zur schnellem Zerstörung der Monolithen fiihron, voriuiodon worden.
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iä&Vijt'C \ : BAD
Anstelle zweier Diir.iclri.ngo fi'r zv.n einen flic rarlialo und zi:::: anderen clio a::iale Abstützung kann auch ein einziger Hing vorgesehen sein, der r.iit einer (lic Xr."Ttο an beiden !Lichtungen aufnehmenden schragen Innenseite ausgebildet ist, wozu Voraussetzung eine entsprechende angeschrägte ßtirnseitenkaiite deo Monolithen ist,
Die grundsätzliche Anordnung der Monolithenlagcrimg muH durch Stütz- und Schutzring^ aus dünner. Blech unterstützt werden, welche im die Stirnsoitenkantcn des Monolithen geführt sind und sich sowohl radial als auch axial mit entsprechenden Flanschen zumindest über einen Teil der zugeordneten Stahldrahtringflächen erstrecken. Diese Ringe verhindern zuverlässig das Aufscheuern des Monolithen durch die Einzoldrähte des Stahldrahtringes, Sie sorgen weiterhin für eine glciohmUCige Übertragung der Lagorkrafto auf den gesamten Umfang des Monolithen, Zur Verbesserung der KrafteUbertragung ist weiterhin vorgesehen, daß kleine Spalten zwischen der Oberfläche des Monolithen und den aufgeschobenen Schutzringen durch einon feuerfesten Zement ausgeglichen werden können.
Vorzugsweise ist der Ring über seinen Umfang mehrfach durch radial gerichtete Schlitze unterbrochen, so daß in keinem Bereich des Ringes ein über seinen Umfang durchgehender Faserbereich entsteht. Damit kann am besten der außerordentlich unterschiedliche vrärmekocffizient zwischen dem Monolithen einerseits und den metallischen Lagerungen andererseits überspielt werden.
Es ist möglich, den Stüt:;- und Schutzring zu einer den Monolithen über seine GecamtlKngo unfassondcn I'nr.t^l zu crwoitorn, Geht man von einem längageteiltcn Gehäuse aus, welches aus zwei I-Ialbschalon besteht (diose Ausführungsform wird sich insbesondere bei Edolstahlgehausen anbieten) kann dieser Mantel zu seinem Mittolboroioh hin
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vniu Monolithenumfang bis zum Innendurchmesser des Gohäupos ansteigend: he-gel ig η u ο gebildet sein. Er stutzt sich dann im Mittolberoich dos GohJiunes al) und vorhindert vor allem einen Toilgasstrom zwiochen Monolith und Gehäuse. Die beiden Schalcnhälften können dann in an sich bekannter Weise miteinander verschweißt odor auch unter Einbringung einer Dichtungsmasse verfalzt werden.
Doi einer anderen Ausführungsform mit einen Gehäuse, welches aus zwei oder mehreren Ringbereichen mit sich in lladialeljeno erstreckenden Vorbindungsflanschen erstrockt, können die -zum Mantel erweiterten Stütz- und Schutzringe in ihrer Formgebung diesen Gehäuseteilen angepaßt sein, so daß e.ine Verbindung der Gehäuseflansche gleichzeitig mit einer Verbindung entsprechender Flansche der Schufczmantelteile, insbesondere durch Verschweißung, erfolgen kann.
Die Gehäuseteile sind hier vorzugsweise leicht konisch ausgebildet, um unter Anwendung geringer Preßkräfte die Stahldrahtringe besonders einfach montieren zu können, ggf. sind zur endgültigen Halterung der Stahldrahtringe im Gehäuse entsprechend leichte nach innen geprägte Ringwulste angeordnet.
Bei eier zuletzt beschriebenen Ausführungsform wird eine absolute Abdichtung den Ringraumes zwischen Monolith und Gehäuse gegen Teilgasströme erreicht. Es bedarf aloo hier nicht der ansonsten vorgesehene;! Ausfüllung dieses Ringraunos mit Mineralwolle, z. D. Basaltwolle.
Vfreitero Merkmale der Erfindung sowie der durch dieselbe erzielten Vorteile ergeben sich aus der* nachfolgenden Beschreibung verschiedener in den beigefügten Zeichnungen dfrrgostollter Auoführungsformen des Erfindungsgogenstondos.
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Fig, 1 zeigt cine Grundform dor crfindungsgcniil'on Vorrichtung in Längsschnitt, in
Fig, 2 ist dor in Fig, 1 nit einem strichpunUtier ten Ring umgrenzte Her
IIo!.'stall wiedergegeben,
ten Ring umgrenzte Bereich in vergrößerten
Fig, 3 zeigt denselben Bereich, jedoch nit einer anderen Ausbildungsform der Lagerung,
Fig. 4 zeigt eine variierte Ausführungsform der Vorrichtung wiederum im Schnitt,
Fig. 5 gibt den Stütz- und Schutzring in dor Draufsicht wieder,
Fig. C ist eine schaubildlicho Darstellung der Hälfte eines Ringes anderer Ausführung,
Fig. 7 zeigt eine im wesentlichen der Fig. 4 entsprochonde Ausführungsfom, jedoch nit längs in zwei Ilalbschalen geteiltem Gehäuse,
Fig. 8 ist eine Vorrichtung mit zwoi eingebauten Monolithen,
Fig. 9 ist eine Stirnansicht der Fig. 7 und i>,
Fig. 10 und ii zeigen eine abgewandelte Aunfiihrtm^sform nit einem bzw. wiederum zwei Monolithen,
Fig. 12 ist schließlich eine Stirnansicht auf diese beiden Ausfiihrungsfornen.
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In einem Gehäuse 1 ist ein ζ. B. !vrciszylinderfömigcr Monolith 2 untergebracht und gelagert. Dieses Gehäuse i setzt sich an seinen beiden Stirnseiten in sich auf Rohrdnrchmoscer vorengende lcegelstunipfförrcige Ansätze 3 und. 4 fort.
Zur einwandfreien Lagerung des Monolithon 2 in Gehäuse 1, und zwar sowohl in Radial- als auch in Axialrichtung, rtionon Ringo aus Drnhtpronijngcn, vorzugsweise nun Edel-Gtnhldrahtgostriclc, wobei die lUngo 5 die radiale und die Ringe G dip axiale Lagerung übornehnen. Zwischen den Stirnseitenkanton 7 des Monolithen i und den Stahldrahtringen 5 und G sind Stütz- und Schutzringe 8 aus dünnen Blech angeordnet.
Die Blechstärko und das Elechnaterial wird dabei so gewühlt, daß der Ring in gewissem Unfange weichelastisch verformbar ist.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsforri sind die Ansätze 3 und 4 mit sich, radial nach außen gerichteten Flanschen 9 versehen, die als Widerlager für die Ringe 6 in Axia!richtung dienen.
Der zwischen Gehäuse 1 und Monolith 2 gebildete Ringraira 10 ist mit Mineralwolle, z. B, Basaltwolle, ausgefüllt.
Der Stütz- und Schutzring 8 kann' auf den Stirnseitenlcantonbereich 7 des Monolithen 2 mit einen Spezialzencnt oufzomcnticrt sein. Damit ergibt sicli vor allen in der Herstellung solion ein Schutz dieses empfindlichen XantenboreicliGs gegen EoschHdigungen.
Der Stütz- und Schutzring 8 weist, wie insbesondere aus Pig, 2 ersiohtlich, vier Bereiche auf. Er bildet zunächst einen radial nach außen gerichteten Flansch 11, welcher die ihm zugelcehrto Seite dos Stohldrahtringes 5 teilweise
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t, uetzt sich von dort in einen kreir.zylindcrrmigcr. bereich 12Xort, v.'olclier den Monolithen 2 umschließt, vorläuft sodann wiederum der Stirnseite 13 des Monolithen folgend, mit einen Bereich 14- radial nach innen und endet schließlich in einem kreiszylindorfüriuigen axial ausgerichteten Flansch 15, der wiederum den stirnsoitigen Drahtpreßling 6 teilweise überdeckt und für eine innere Radio 1-zentrierung sorgt.
Anstelle der beiden Ringe 5 und 6 kann auch ein einziger Ring 16 vorgesehen sein, welcher mit einer schragen Innenfläche 17 ausgestattet ist, die nit einem entsprechend abgeschrägten Stirnseitenkantenbereich iß des Monolithen zusammenwirkt. Bei dieser Ausbildungsform können durch den einzigen Stahldrahtring IG sowohl A::ial- alo auch Radialkräfte aufgenommen werden.
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Hier ist selbstverständlich der Stütz- und Schutzring 19 in seiner Form der Formgebung von Stahldrohtring IG und Monolithen 2 angepaßt.
Dor Stütz- und Schutzring kann, wie in Fig. 4 dargestellt, zu einen Mantel 21 ergänzt aein, der die Mantelfläche 22 dos Monolithen 2 vervollständigt. Ist dos weiteren dieser Mantel 21 zu seinem Mittelbex*eich 23 hin kegelstu'.npfförnig bis auf don Innendurchmesser dos Gehäuses 1 erweitert, knnn er sich dort erstens an Gehäuse abstützen und verhindert zweitens einen Toilgasstrom duroh den Ringraum 10, so daß dann die Füllung desselben mit Mineralwolle oder dergleichen unterbleiben kann. Im Mittelbereich 23 kann der Mantel 21 mit dem AuCenmantel 1 des Gehäuses ggf. verschweißt werden. Doi einer anderen Ausfiihrungsform ist vorgesehen, den AuHonmantcl 1 mit einer Ringwulst 23' zu verseilen und in dieser zusätzlich oino Radial- und Axial-Abstiitzung dos Mantels Π1 vorzunehmen.
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Der Stütz- und Schutzring S bzw. 19 int i'bor seinen Umfang verteilt mit sich radial erstreckenden Schlitzen 24 und 25 versehen, die dafür Sorge tragen, daß in keinem Bereich des Ringes ein durchgehender Ringfaserbereich besteht. Selbstverständlich Können diese Schlitze auch bei dem Mantel 21 vorgesehen sein.
Speziell hei der Ausbildung des Vorriohtimgsgehäuses aus Edolstahl wird es vorteilhaft sein, dieses aus zwei Halhschalen 31 und 32 auszubildcm, die durch einen Längs» flansch 33 verbunden werden. Es lassen sich dann in besonders einfacher Y/eise die Teile der Innenausstattung in das Gehäuse oinlegon, gleichgültig, ob ein Monolith 2 entsprechend Fig. 7 oder zwei Monolithen nach Fig. 8 oder deren mehrere vorgesehen sind.
Handelt es sich darum, daß ein Teilgasstron in Ringraun zwischen Gehäuse und Monolith 2 vollständig ausgeschaltet werden soll, ist eine Ausbildung des Gehäuses und dessen Innenausstattung nach den Fig. 10 und 11 möglich. Hier sind die Stütz- und Schutzringe zu den Monolithen jeweils bis zu dessen Mittelradialebene umfassenden Teilmänteln 35 erweitert, die einen Flansch 36 auf-, weisen, der zusammen mit den Flanschen 37 der Gehäuseteile 30, 39, insbesondere durch Schweifung verbunden werden Icann. Auch hier erübrigt sich dann eine Füllung des Ringraumes 40, Die hier verbleibende Luftschicht ist besonders wärmeisolierend.
Die Gehäuseteile 30 und 39 können vorteilhafterweise leicht konisch ausgebildet sein. Es ergibt sich dann die Möglichkeit einer besseren Montage der Innenausstattung. Die Stahldrahtringe 5 werden 'unter leichtem Preßdruck eingebracht. Es können ggf. im Gehäuse leichte, nach innen gorichtote Ringwulste 41 vorgesehen sein, die dann die Ringe -5 in deren Endlage festholten.
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En ist schließlich neulich, die AnnUt/.o '2 den Go-
iulic ann^ubildön, v:oT)ci ;:\\v\in<lQr,t die ^ ons Edelstahl hootohen !:ann und diene Inncr.waiiuung 43 bei 44 ct'.vos iil>or die Stahldrnhtringo G zu erstrecken.
In Eckboreich zwischen den Toilnünteln 35 und deren Flanschen GG können gg'Z. zusfitzliche Stalildrnhtrinse zur Abstützung vorgesehen sein.
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Claims (1)

  1. P η t e η -1 ο ή ?■" ™ r ν. c h e :
    • 1.) Vorrichtung zur Reinigung von Abäsen von Brennkraftmaschinen nit einen oder mehreren in einen Gehäuse gelagerten und von Abgasstron durchströmten Monolithen, dadurch gekennzeichnet, da Π der orter die ••.!onolithen in ihren Stirnkantenbereichen durch einen die radialon Kräfte und einen weiteren-die axialen Kräfte aufnehmenden Ring aus StahldrahtpreHlingen abgestützt sind und zwischen Hingen und Stirnseitonkanten der Monolithen Stütz- und Schutzringe aus dünnen Blech angeordnet ist.
    2.) Vorrichtung noch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als S-tahldrahtpreßlinge ausgebildeten Ringe aus verprofiter Stahl- bzw. Edelstahlwolle bestehen,
    3,) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Stahldrahtprer.lingo ausgebildeten Ringe ans Edelfitahldrnhtgestrick bestehen.
    4.) Vorrichtung naoh Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle zweier Einzclringe ein einziger Hing nit' einer sowohl die Axial- als auch die liadialkräfte aufnehmenden, nit einer entsprechend angeschrägten Stirnneitenkante des Monolithen zusammenwirkenden cohrägon Innenseite ausgebildet ist.
    5.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stütz- und Schutzringo über ihren Umfang mehrfach durch radial gerichtete Schlitze- unterbrochen iot, dergestalt, daß in keinem Bereich der Rirgc ein über deren Umfang- durchgehender Paserbereich bestehen bleibt.
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    3.) Vorrichtung noch Anspruch 1 bis ö, dadurch gekennzeichnet, (Tn V, der Stütz- und Schutzring in llichtung dor Mnr.telf richo dos Monolithem erweitert int.
    7.) Vorrichtung nc ob Anspruch 6, dadurch gekennzoichnot, daü dor Stütz- und Schutzring zu einen sich •{her die Gonantl.'ingo dos Monolithen erstreckenden Hantel erweitert ist und zu seinen Mittelbereich hin von Unfong dos Monolithen bis zun Innendurchmesser des Gehäuses ansteigend kegelig ausgebildet ist»
    8.) Vorrichtung nach Anspruch C, dadurch geheim- · zeichnet, da" der Stütz- und Schutzring sich bis in die Llittolradialebene des Monolithen erstreckt und dort mit einem nach auPon geführten Flansch versehen ist,
    9.) Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gohänscteile zu deren in der Mittclradialebene des Monolithen liegenden Verbindungsflansch hin sich leicht konisch nach außen erweitern.
    10.) Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dan benachbart zun Anordnungsbereich des Ringes aus Drahtgestriclc das Gehiiuse einen noch innen gelahrten leichten JUngv/ulst aufweist.
    11.) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Stütz- und Schutzring im Stirnkantenbereich dos-Monolithen unter Zwischenfügimg eines Spezialzementes auf den Monolithen aufgebracht ist.
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8230 Patent withdrawn