DE2261663C2 - Elastische Lagerung für keramische Katalysatorträger - Google Patents

Elastische Lagerung für keramische Katalysatorträger

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Description

Die Erfindung betrifft eine elastische Lagerung für einen keramischen Katalysatorträger im Gehäuse einer Abgasentgiftu!-gsanlage für Brennkraftmaschinen, mittels Ringen, von denen mindestens ein den Katalysatorträger umgebender Ring elastisch ist
Abgasentgiftungsanlagen dienen zur katailytischen Oxidation und/oder Reduktion der im Abgas einer Brennkraftmaschine enthaltenen gesundheitschädlichen bzw. für die Umwelt lästigen Bestandteile. Darunter fallen nach heutigem Erkenntnisstand insbesondere die Stoffe Kohlenmonoxid CO, unverbrannte oder nur teilverbrannte Kohlenwasserstoffe CxHy sowie Stickoxide NO„.
Die Katalysatorträger können monolithisch aufgebaut sein und aus einem zusammenhängenden Gerippe aus porösem, keramischem Material bestehen, das mit einer katalytisch aktiven Substanz beschichtet int. Diese in der Fachwelt als »Wabenkörper« bezeichneten Katalysatorträger bestehen in der Regel aus zylindrischen Blöcken mit ca. 100 mm 0 und Längen zwischen 50 und 200 mm. Die genannten Maße sind typisch für den in einem Pkw der europäischen Mittelklasse vorzusehenden Abgaskatalysator. Die von dem Gerippe gebildeten Strömungskanäle haben üblicherweise quadratischen oder trapezförmigen Querschnitt mit einer lichten Querschnittsfläche zwischen 1 und 3 mm2. Dadurch werden bei einem Körper der beschriebenen Größenordnung einige Tausend parallele Strörrtungskanäle mit nahezu konstantem Querschnittsverlauf erreicht Die Wabenkörper haben, bedingt durch die geringen Wandstärken von einigen Zehntelmililimetern ihrer Rippenstruktur, relativ geringe mechanische Festigkeit und sind gegen Beanspruchung durch schnell wechselnde Temperaturen, insbesondere Thermoschock, anfällig. Der Wärmeausdehnungskoeffizient ist merklich kleiner als der bei den zur Halterung in Frage kommenden Metall-Legierungen. Deshalb scheidet eine direkte Halterung des Wabenkörpers in einer starren Blechkonstruktion grundsätzlich aus. Versuche, den Wabenkörper mit einer Zwischenlage aus hochhitzebeständiger Keramikfaser im Metallgehäuse einzubetten, wurden durchgeführt, erwiesen sich jedoch bisher als nicht ausreichend. Die starke Pulsation der Motorabgase zerstört in ZusammenwJrkung mit den hohen Gastemperaturen — 8000C oder mehr — innerhalb weniger Betriebsstunden die Keramikfaser.
Bei einer bekannten Katalysatorträger-Lagerung der eingangs genannten Art (DE-OS 14 76 50?) ist zwischen
ίο dem als Katalysatorträger dienenden Wabenkörper und dem Gehäuse ein ringförmiges Teil aus Metalldrahtgewirk angeordnet Axial ist der Wabenkörper zwischen zwei Ringflanschen gehalten, die den Ringspalt zwischen dem Gehäuse und dem Wabenkörper an
'5 dessen Stirnseiten überdecken. Diese bekannte Lagerung ist zwar ausreichend hitzebeständig und in Radialrichtung nachgiebig; sie erfordert jedoch ein äußerst sorgfältiges Einpassen der Ringflansche und kann eine unerwünschte Abgasdurchströ;nung des
•M Ringspalts zwischen dem Gehäuse und dem Katalysatorträger nicht in allen Betriebszuständen sicher verhindern.
Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik der eingangs genannten Art die Aufgabe zugrunde, die elastische Katalysatorträger-Lagerung in der Hinsicht zu verbessern, daß sie einfach zusammenbaubar wird und eine unerwünschte Umströmung des Katalysatorträger^ sicher verhindert wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ringe hohl und dünnwandig sind und mit einem Metallgestrick und/oder mit keramischen Fasern ausgefüllt sind.
Die mit einem Metaügestrick und/oder keramischen Fasern gefüllten, den Katalysatorträger vorzugsweise radial und an einem stirnseitigen Umfangsrand axial haltenden Ringe ergeben eine betriebssicher-elastische Lagerung des empfindlichen Katalysatorträgers, die den unterschiedlichen Wärmedehnungen des Gehäuses und des Katalysatorträgers Rechnung trägt und außerdem bei allen Betriebszuständ&i abdichtend wirkt Da das Metallgestrick und/oder die keramischen Fasern durch die Ringwandung umschlossen sind wird ein durch das Metallgestrick und/oder die keramischen Fasern des Rings fließender Umströmungs-Leckstrom verhindert Ferner besteht keine Gefahr, daß Material der Ringfüllung durch den Abgasstrom in den Katalysatorträger hineingetragen oder fortgetragen wird. Aufgrund der Nachgiebigkeit der Ringe erfordert der Zusammenbau der Lagerung keine sehr große Genauigkeit, d. h. er ist einfach, wobei ohne weiteres Normteile eingesetzt werden können.
Die Ringwände bestehen vorzugsweise aus einer Metallfolie, wodurch die Ringe besonders einfach herstellbar und besonders elastisch sind.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist mindestens einer der Ringe einen winkelförmigen Querschnitt auf und umschließt eine Umlaufkante des Katalysatorträgers. Dieser Aufbau erlaubt eine besonders einfache Montage.
μ Vorzugsweise besteht die Ringwand aus einem tragenden äußeren Wandteil und einem dünneren, den Katalysatorträger umgebenden inneren Wandteil aus Metallfolie und sind beide Wandteile an den Stoßstellen fest miteinander verbunden. Auf diese Weise sind die
f>5 Ringe durch die äußeren Wandteile eigenstabil und durch die inneren Wandteile dennoch ausreichend nachgiebig. Die Erfindung wird nachfolgend anhand zeichnerisch
dargestellter AusfübRmgsbeispiele noch naher erläutert. Es zeigt
Fig, 1 eine Lagerung des Katalysatorträgers mit insgesamt vier Ringen,
Fig,2 ein Ausfuhrungsdetail, wobei anstelle der in Fig. 1 dargestellten Ringpaare jeweils ein einzelnes Formstück Verwendung findet,
F i g. 3 eine weitere Ausführuftgsvariante,
F i g, 1 zeigt die Einbettung eines Katalysatorträgers 1 in das Blechgehäuse Z Als elastische Zwischenlage |0 werden Ringe 3 mit z, B. ovalem Querschnitt verwendet, die aus einer Metallfolie aus temperaturbeständigem Material bestehen, und einen nach außen abgeschlossenen Hohlraum 4 bilden. Dieser Hohlraum 4 ist z. B. mit einem Metallgestrick, das den Vorteil hoher Formbeständigkeit aufweist oder auch keramischen Faserstoffen mit hoher Temperaturbeständigkeit ausgefüllt Die z.B. als Fiberfrax oder Cerafelt bekannten Fasern können Temperaturen bis 11000C widerstehen, haben jedoch nicht genügend mechanische Festigkeit um den im Abgasstrom herrschenden starken Pulsationen Stand zu halten. Hierzu wird die Keramikfaser durch den Ring 3 aus Metallfolie vor dem Einwirken des Abgasstromes geschützt Zur Einbettung des Katalysatorträgers sind insgesamt vier Ringe vorgesehen, wobei je zwei zur axialen und radialen Fixierung dienen. Die beiden Anschlagscheiben 5 und 6 ergeben die axiale Begrenzung und werden vor dem Verschweißen axial verspannt Der ringförmige Raum 7 zwischen Gehäuse 2 und Katalysatorträger 1 einerseits und den beiden zur radialen Fixierung dienenden Ringen 3 andererseits ist ebenfalls mit Keramikfaser ausgefüllt Dadurch wird eine gute Wärmeisolierung des heißen Katalysatorträgers gegen das Gehäuse erreicht Die von den Ringen aus Metallfolie gebildeten Wärmebrücken sind unerheblich, da die Metallfolie eine geringe Dicke besitzt
In Fig,2 sind die in Fig. I dargestellten getrennten Ringe für radiale und axiale Halterung jeweils durch einen einzelnen Ring 8 mit winkelförmigem Querschnitt ersetzt Ansonsten entsprechen der Aufbau des Ringes 8 und die Füllung den beschriebenen Ringen 3.
F i g. 3 zeigt schließlich eine Ausführung, bei der das äußere Wandteil 10 des Ringes mit relativ dickem Metall (z. B. 1 mm) ausgeführt ist, während das innere Wandteil 11 aus Metallfolie besteht und mit dem äußeren Wandteil 10 fest verbunden ist, z. B. durch Schweißen. Diese Maßnahme dient ebenfalls zur Erhöhung der Elastizität
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Vorschlags ijt die »quasihydraulische« Wirkung des Ringes 3 mit seiner elastischen Füllung i/n Hohlraum 4. Die Biegesteifheit der Metallfolie ist gerijg, d. h., die auftretenden Normalkräfte werden weitgehend von den elastischen Eigenschaften der Füllung bestimmt Man bekommt eine größere Freiheit in der Auswahl der in den Hohlraum 4 einzufüllenden Materialien, da dieselben vom Abgasstrom isoliert sind und z. B. keine Erosionskräfte auf sie einwirken können.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentansprüche;
    J, Elastische Lagerung für einen keramischen Katalysatorträger im Gehäuse einer Abgasentgiftungsanlage för Brennkraftmaschinen, mittels Ringen, von denen mindestens ein den Katalysatorträger umgebender Ring elastisch ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (3,8) hohl und dünnwandig sind und mit einem Metallgestrick und/oder mit keramischen Fasern ausgefüllt sind.
    Z Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringwände aus einer Metallfolie bestehen.
    3. Lagerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Rin|re einen winkelförmigen Querschnitt aufweist und eine Umlaufkante (9) des Katalysatorträgers (1) umschließt (F ig. 2).
    4. Lagerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringwand aus einem tragenden äußeren "Wandteil (10) und einem dünneren, den Katalysatorträger (ί) umgebenden inneren Wandtei! (11) aus Metallfolie besteht und beide Waniiteile an den Stoßstellen fest miteinander verbunden sind (F ig. 3).
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